65. 接口优于反射

核心反射机制 java.lang.reflect 提供对任意类的编程访问。给定一个 Class 对象，你可以获得 Constructor、Method 和 Field 实例，分别代表了该 Class 实例所表示的类的构造器、方法和字段。这些对象提供对类的成员名、字段类型、方法签名等的编程访问。

此外，Constructor、Method 和 Field 实例允许你反射性地操作它们的底层对应项：你可以通过调用 Constructor、Method 和 Field 实例上的方法，可以构造底层类的实例、调用底层类的方法，并访问底层类中的字段。例如，Method.invoke 允许你在任何类的任何对象上调用任何方法（受默认的安全约束）。反射允许一个类使用另一个类，即使在编译前者时后者并不存在。然而，这种能力是有代价的：

• 你失去了编译时类型检查的所有好处， 包括异常检查。如果一个程序试图反射性地调用一个不存在的或不可访问的方法，它将在运行时失败，除非你采取了特殊的预防措施。
• 执行反射访问所需的代码既笨拙又冗长。 写起来很乏味，读起来也很困难。
• 性能降低。 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，用反射执行要慢 11 倍。

有一些复杂的应用程序需要反射。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，人们也在逐渐远离并反思这种用法。如果你对应用程序是否需要反射有任何疑问，那么它可能不需要。

通过非常有限的形式使用反射，你可以获得反射的许多好处，同时花费的代价很少。 对于许多程序，它们必须用到在编译时无法获取的类，在编译时存在一个适当的接口或超类来引用该类（详见第 64 条）。如果是这种情况，可以用反射方式创建实例，并通过它们的接口或超类正常地访问它们。

例如，这是一个创建 Set<String> 实例的程序，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出来。不管第一个参数是什么，程序都会打印剩余的参数，并去掉重复项。然而，打印这些参数的顺序取决于第一个参数中指定的类。如果你指定 java.util.HashSet，它们显然是随机排列的；如果你指定 java.util.TreeSet，它们是按字母顺序打印的，因为 TreeSet 中的元素是有序的：

// 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);
}

虽然这个程序只是一个小把戏，但它演示的技术非常强大。这个程序可以很容易地转换成一个通用的集合测试器，通过积极地操作一个或多个实例并检查它们是否遵守 Set 接口约定来验证指定的 Set 实现。类似地，它可以变成一个通用的集合性能分析工具。事实上，该技术足够强大，可以实现一个成熟的服务提供者框架（详见第 1 条）。

这个例子也说明了反射的两个缺点。首先，该示例可以在运行时生成六个不同的异常，如果没有使用反射实例化，所有这些异常都将是编译时错误。（有趣的是，你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，根据类的名称生成类的实例需要 25 行冗长的代码，而构造函数调用只需要一行。通过捕获 ReflectiveOperationException（Java 7 中引入的各种反射异常的超类），可以减少程序的长度。这两个缺点都只限于实例化对象的程序部分。实例化后，与任何其他 Set 实例将难以区分。在实际的程序中，通过这种限定使用反射的方法，大部分代码可以免受影响。

如果编译此程序，将得到 unchecked 的强制转换警告。这个警告是合法的，即使指定的类不是 Set 实现，Class<? extends Set<String>> 也会成功，在这种情况下，程序在实例化类时抛出 ClassCastException。要了解如何抑制警告，请阅读条目 27。

反射的合法用途（很少）是管理类对运行时可能不存在的其他类、方法或字段的依赖关系。如果你正在编写一个包，并且必须针对其他包的多个版本运行，此时反射将非常有用。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，并反射性地访问任何较新的类或方法。如果你试图访问的新类或方法在运行时不存在，要使此工作正常进行，则必须采取适当的操作。适当的操作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超类访问对象。