Effective Java 第三版——65. 接口优于反射

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书中的源代码地址：https://github.com/jbloch/effective-java-3e-source-code

注意，书中的有些代码里方法是基于Java 9 API中的，所以JDK 最好下载 JDK 9以上的版本。

65. 接口优于反射

核心反射工具java.lang.reflect提供对任意类的编程访问。 给定一个Class对象，可以获得Constructor，Method和Field实例，这些实例表示由Class实例表示的类的构造方法，方法和属性。 这些对象提供对类的成员名称，属性类型，方法签名等的编程访问。

此外，Constructor，Method和Field实例允许反射性地操作它们的底层对应物：可以通过在Constructor，Method和Field实例上调用方法来构造实例，调用方法和访问底层类的属性。 例如，Method.invoke方法允许在任何类的任何对象上调用任何方法（受通常的安全性约束）。 反射允许一个类使用另一个类，即使在编译前者时后者类并不存在。 然而，这种能力是有代价的：

• 失去了编译时类型检查的所有好处，包括异常检查。如果一个程序试图通过反射调用一个不存在的或不可访问的方法，会在运行时失败，除非采取了特殊的预防措施。

• 执行反射访问所需的代码笨拙而冗长。写起来很乏味，读起来很困难。

• 性能受损。反射方法调用比普通方法调用慢得多。到底慢了多少还很难说，因为有很多因素在起作用。在我的机器上，调用一个没有输入参数和返回int类型的方法时，反射方法执行要比普通方法慢11倍。

有一些复杂的应用程序需要反射。示例包括代码分析工具和依赖注入框架。即使是这样的工具，随着它的缺点变得越来越明显，也在逐渐远离反射。如果你对应用程序是否需要反射有任何疑问，那么它可能是不需要的。

通过以非常有限的形式使用反射，可以获得反射的许多好处，同时花费很少。对于许多必须使用在编译时不可用的类的程序，在编译时存在一个适当的接口或父类来引用该类( 条目64)。如果是这种情况，可以使用反射创建实例，并通过它们的接口或父类正常地访问它们。

例如，这是一个创建Set<String>实例的程序，其实例的类由第一个命令行参数指定。 程序将剩余的命令行参数插入到集合中并打印它。 无论第一个参数如何，程序都会打印剩余的参数，并删除重复项。 但是，打印这些参数的顺序取决于第一个参数中指定的类。 如果指定java.util.HashSet，则它们以明显随机的顺序打印; 如果指定java.util.TreeSet，则它们按字母顺序打印，因为TreeSet中的元素是按顺序排序的：

// Reflective instantiation with interface access
public static void main(String[] args) {
    // Translate the class name into a Class object
    Class<? extends Set<String>> cl = null;
    try {
        cl = (Class<? extends Set<String>>)  // Unchecked cast!
                Class.forName(args[0]);
    } catch (ClassNotFoundException e) {
        fatalError("Class not found.");
    }
    // Get the constructor
    Constructor<? extends Set<String>> cons = null;
    try {
        cons = cl.getDeclaredConstructor();
    } catch (NoSuchMethodException e) {
        fatalError("No parameterless constructor");
    }

    // Instantiate the set
    Set<String> s = null;
    try {
        s = cons.newInstance();
    } catch (IllegalAccessException e) {
        fatalError("Constructor not accessible");
    } catch (InstantiationException e) {
        fatalError("Class not instantiable.");
    } catch (InvocationTargetException e) {
        fatalError("Constructor threw " + e.getCause());
    } catch (ClassCastException e) {
        fatalError("Class doesn't implement Set");
    }

    // Exercise the set
    s.addAll(Arrays.asList(args).subList(1, args.length));
    System.out.println(s);
}

private static void fatalError(String msg) {
    System.err.println(msg);
    System.exit(1);
}

虽然这只是一个演示程序，但它演示的技术非常强大的。演示程序可以很容易地变成泛型集合测试程序，通过积极地操纵一个或多个实例并检查它们是否遵守Set约定来验证指定的Set实现。 同样，它可以变成泛型集合性能分析工具。 事实上，这种技术足以实现一个成熟的服务提供者框架（service provider framework）（条目 1）。 通常，这种技术就是你在反射中所需要的。

这个例子说明了反射的两个缺点。 首先，该示例在运行时生成六个不同的异常，如果不使用反射实例化，则所有这些异常都是编译时错误。 （为了好玩，可以通过传入适当的命令行参数使程序生成六个异常中的每一个）。第二个缺点是需要25行繁琐的代码才能从其名称生成类的实例， 而构造函数方法使用一行代码即可。 可以通过捕获ReflectiveOperationException来减少程序的长度，该异常是Java 7中引入的各种反射异常的父类。这两个缺点仅限于实例化对象的程序部分。 实例化后，该集合与任何其他Set实例无法区分。 在真实的程序中，大量的代码因此不会受这种限定的反射使用的影响。

如果编译此程序，会获得未经检查的强制转换警告。 这个警告是合法的， 因此转换Class<? extends Set<String>> 也会成功，即使指定的集合不是Set接口的实现。在这种情况下，程序在实例化类时抛出ClassCastException异常。 要了解有关抑制警告的信息，请阅读条目 27。

反射的合法(如果很少)用途是管理类对运行时可能不存在的其他类、方法或属性的依赖关系。如果你正在编写一个必须针对其他包的多个版本运行的包，这将非常有用。该技术是根据支持包所需的最小环境(通常是最老的版本)编译包，并反射访问任何较新的类或方法。要使此工作正常进行，如果试图访问的新类或方法在运行时不存在，则必须采取适当的操作。适当的行动可能包括使用一些替代方法来完成相同的目标，或者使用简化的功能进行操作。

总之，反射是一种功能强大的工具，对于某些复杂的系统编程任务是必需的，但是它有很多缺点。如果编写的程序必须在编译时处理未知的类，则应该尽可能只使用反射实例化对象，并使用在编译时已知的接口或父类访问对象。