• Класс Class<T> ─ информация о типе
  • Type token
• Предоставляемая информация
  • Структура класса
  • Структура наследования
  • Проверки времени выполнения
  • ...

• Во время исполнения
  • object.getClass()
• Во время компиляции
  • Type.class
  • Примеры

    • ArrayList.class

    • int.class

    • int[].class

• Предопределенные
  • Wrapper.TYPE

• Для определения типов служат методы вида
  • is*()

    Аннотация	Annotation
    Массив	Array
    Примитивный	Primitive
    Интерфейс	Interface
    Класс	*Class
    Анонимный класс	Anonymous
    Локальный класс	Local
    Класс-член	Member

• Имя класса
  • getCanonicalName() – Java-имя
  • getName() – двоичное имя
  • getSimpleName() – простое имя
• Структура классов
  • getSuperclass() – предок
  • getInterfaces() – реализуемые интерфейсы
• Модификаторы
  • getModifiers() – модификаторы

• Методы получения места, в котором определен класс

  Тип класса	Метод
  Верхнего уровня	getPackage()
  Вложенный	getDeclaringClass()
  в конструктор	getEnclosingConstructor()
  в метод	getEnclosingMethod()

• Определение возможности приведения
  • isAssignableFrom(class) – класса
  • isInstance(object) – объекта
• Приведение
  • cast(object) – привести ссылку к типу

• Интерфейс Member
• Методы
  • getDeclaringClass() – класс, в котором определен
  • getName() – имя члена
  • getModifiers() – модификаторы

• Класс Modifier

  Константа	Метод	Модификатор
  ABSTRACT	isAbstract(int)	abstract
  FINAL	isFinal(int)	final
  INTERFACE	isInterface(int)	interface
  NATIVE	isNative(int)	native
  PRIVATE	isPrivate(int)	private
  PROTECTED	isProtected(int)	protected
  PUBLIC	isPublic(int)	public
  STATIC	isStatic(int)	static
  STRICT	isStrict(int)	strictfp
  SYNCHRONIZED	isSynchronized(int)	synchronized
  TRANSIENT	isTransient(int)	transient
  VOLATILE	isVolatile(int)	volatile

• Перечисление AccessFlag
• Метод Set<AccessFlag> accessFlags()

• Общедоступные
  • getFields() – все
  • getField(name) – конкретное
• Объявленные
  • getDeclaredFields() – все
  • getDeclaredField(name) – конкретное
• Исключение
  • NoSuchFieldException

• Класс Field
• Информация
  • getName() – имя
  • getType() – тип
• Чтение значения
  • get(object) – ссылка
  • getT(object) – примитивный тип
• Запись значения
  • set(object, value) – ссылка
  • setT(object, value) – примитивный тип

• Общедоступные
  • getMethods() – все
  • getMethod(name, parameters...) – конкретный
• Все
  • getDeclaredMethods() – все
  • getDeclaredMethod(name, parameters...) – конкретный
• Исключение
  • NoSuchMethodException

• Класс Method
• Сигнатура метода
  • getName() – имя
  • getParameterTypes() – параметры
• Другая информация
  • getReturnType() – тип возвращаемого значения
  • getExceptionTypes() – возможные исключения
• Вызов метода
  • invoke(object, args...) – вызвать метод с указанными аргументами
  • InvocationTargetException – в случае ошибки

• Общедоступные
  • getConstructors() – все конструкторы
  • getConstructor(parameters...) – конкретный конструктор
• Объявленные
  • getDeclaredConstructors() – все конструкторы
  • getDeclaredConstructor(parameters...) – конкретный конструктор
• Исключения
  • NoSuchMethodException

• Класс Constructor
• Информация о конструкторе
  • getParameterTypes() – параметры конструктора
  • getExceptionTypes() – возможные исключения
• Создание объекта
  • newInstance(args...) – создать новый объект
  • class.newInstance() – создать новый объект используя конструктор по умолчанию

• Внутренние классы и интерфейсы
  • getClasses() – общедоступные
  • getDeclaredClasses() – объявленные

• По умолчанию доступ к закрытым членам запрещен ⇒ IllegalAccessException
• Все члены extends AccessibleObject
  • canAccess(instance) – проверить доступ
  • setAccessible(boolean) – установить доступ
  • trySetAccessible() – запросить доступ

Class c = …;
for (Field m : c.getDeclaredFields()) {
    System.out.println(m);
}
for (Constructor m : c.getDeclaredConstructors()) {
    System.out.println(m);
}
for (Method m : c.getDeclaredMethods()) {
    System.out.println(m);
}

• private final byte[] value
  private final byte   coder
  static final boolean COMPACT_STRINGS
  static final byte LATIN1
  static final byte UTF16
  private int hash
  private boolean hashIsZero
  private static final char REPL
  private static final long serialVersionUID
  private static final ObjectStreamField[]
          serialPersistentFields
  public static final Comparator
          CASE_INSENSITIVE_ORDER
  

// Получение класса
Class<Random> clazz = Random.class;
// Получение конструктора
Constructor<Random> c =
    clazz.getConstructor(long.class);
// Создание экземпляра
Random r = c.newInstance(100L);
// Проверка
System.out.println(r.nextInt());

• Класс Array
• Создание массива заданного типа
  • newInstance(class, length) – линейного
  • newInstance(class, dims...) – многомерного
• Чтение значения из массива
  • get(array, index) – ссылки
  • getT(array, index) – значения примитивного типа
• Запись значения в массив
  • set(array, index, value) – ссылки
  • setT(arrray, index, value) – значения примитивного типа

• Имя типа массива
  • [имя_типа_элемента
• Методы
  • class.isArray() – является ли массивом
  • class.getComponentType() – тип элемента массива

• Специальное кодирование

  class	Lclass;
  boolean	Z
  byte	B
  char	C
  double	D
  float	F
  int	I
  long	J
  short	S

• Методы
  • isEnum() – признак
  • getEnumConstants() – значения

• Методы
  • isRecord() – признак
  • getRecordComponents() – компоненты
• Компоненты записей RecordComponent
  • getName() – имя
  • getType() – тип
  • getAccessor() – метод

• Методы
  • isSealed() – признак
  • getPermittedSubclasses() – потомки

• Позволяют загружать и определять новые классы
• Класс ClassLoader
• Методы
  • loadClass(name, resolve?) – загружает класс по имени
  • findLoadedClass(name) – найти уже загруженный класс
  • resolveClass(class) – загружает библиотеки

• Загрузчики образуют дерево
• Загрузчики в разных ветвях могут загрузить разные классы с одним полным именем

• Получение родителя
  • getParent()
  • null вместо корня
• Загрузка ресурсов
  • URL getResource(name) – определение местоположения ресурса по имени
  • getResourceAsStream(name) – чтение ресурса по имени

• Получение загрузчика
  • class.getClassLoader() – кто загрузил класс
  • Thread.getContextClassLoader() – контекстный загрузчик
• «Прямая» загрузка класса
  • Class.forName(name)
  • Class.forName(name, init, classLoader)

• Класс URLClassLoader
  • Загружает классы из нескольких мест, заданных URL

• Загрузка класса

  • URL url = Path.of(".").toUri().toURL();
    ClassLoader cl = new URLClassLoader(new URL[]{url});
    Class<?> c = cl.loadClass("Test");
    

• Вызов main

  • Method m = c.getMethod("main", String[].class);
    m.invoke(null, (Object) new String[]{"hello"});
    

• Запуск как Runnable

  • Constructor<?> constructor = c.getConstructor();
    Runnable instance =
            (Runnable) constructor.newInstance();
    instance.run();
    

• Метаданные
  • Информация, не влияющая на выполнение программы
• Аннотации
  • Представление метаданных в Java
• Пакет java.lang.annotation

public @interface TODO {
    int id();
    String synopsis();
    String assignee() default "[unassigned]";
    String date() default "[undefined]";
}

@TODO(
    id = 123,
    synopsis = "Implement",
    assignee = "Georgiy Korneev",
    date = "07.03.2025"
)
public static void giveLecture(String id, String title)

• Обыкновенная
• Маркерная – без параметров
  • Может использоваться без скобок

  • @MarkerAnnotation

  • @MarkerAnnotation()

• Одиночная – с одним параметром
  • Параметр должен называться value()
  • Без указания имени параметра

  • @SingletonAnnotation("Hello")

  • @SingletonAnnotation(value="Hello")

• Основные типы
  • Примитивные типы
  • String
  • Class
  • Перечислимый тип
  • Аннотация
• Массив вышеперечисленного

• Аннотация @Retention(RetentionPolicy)
• Возможные значения
  • SOURCE – при компиляции
  • CLASS – в класс файле
  • RUNTIME – во время выполнения

• Аннотация @Target(ElementType[])
• Возможные значения
  • PACKAGE – пакет
  • TYPE – любой тип
  • FIELD – поле класса
  • CONSTRUCTOR – конструктор класса
  • METHOD – метод класса
  • PARAMETER – параметр метода
  • LOCAL_VARIABLE – локальная переменная
  • TYPE_USE – применение типа
  • ANNOTATION_TYPE – аннотация
  • RECORD_COMPONENT – компонента записи

• @Inherited
  • Наследование при переопределении метода / класса
• @Documented
  • Попадает в JavaDoc аннотированного документа
  • Применяется для аннотаций, изменяющих поведение
• @SuppressWarnings({types})
  • Подавляет предупреждения указанного типа
• @Deprecated
  • Помечает метод/класс как устаревший

• Интерфейс AnnotatedElement
• Методы
  • isAnnotationPresent(class) – проверяет наличие аннотации данного типа
  • getAnnotation(class) – возвращает аннотацию данного типа.
  • getAnnotations() – все аннотации
  • getDeclaredAnnotations() – непосредственно объявленные аннотации

• Аннотация

  @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
  @Target(ElementType.METHOD)
  public @interface Test { }
  

• Пример использования

  public class SimpleTest {
      @Test public static void testXXX();
      @Test public static void testYYY();
  }
  

• Запуск тестов

  for (Method m : clazz.getMethods()) {
    if (m.isAnnotationPresent(Test.class)) {
       try {
          m.invoke(null);
       } catch (Throwable e) {
          System.out.printf("Test %s failed: %s %n",
              m, e.getCause());
       }
    }
  }
  

• Аннотация

  • @Target(ElementType.TYPE_USE)
    public @interface Attr { String value; }
    public @interface Array { String value default "NONE"; }
    

• Описание

  • @Array Map<
        @Attr("id") Integer,
        @Array("items") List<@Attr("value") String>
    > values;
    

• Значение

  • [
        {id: 123, {items: [{value: "v1"}, {value: "v2"}]},
        {id: 456, {items: []}
    ]
    

• Информация о конкретных параметрах типов стирается
• Информация о зависимостях типов сохраняется

• Для классов
  • getGenericSuperclass()
  • getGenericInterfaces()
• Для методов и конструкторов
  • getGenericParameterTypes()
  • getGenericExceptionTypes()
  • getGenericReturnType()
• Для полей
  • getGenericType()
• Для компонент записей
  • getGenericSignature()

• Интерфейс Type

  Вид типа	Представление
  Классы	Class
  Параметризованный класс	ParameterizedType
  Переменная типа	TypeVariable
  Wildcard	WildcardType
  Массивы	GenericArrayType

• Пример: Collection<String>
• Интерфейс ParameterizedType
  • getRawType() – непараметризованный тип
  • getActualTypeArguments() – реальные аргументы типа

• Пример: T
• Получение
  • class.getTypeParameters()
  • method.getTypeParameters()
  • constructor.getTypeParameters()
• Интерфейс TypeVariable
  • getName() – имя переменной
  • getBounds() – верхние границы
  • getGenericDeclaration() – кто объявил

• Пример: ? super HashSet extends Collection
• Интерфейс WildcardType
  • getUpperBounds() – верхние границы
  • getLowerBounds() – нижние границы

• Тип элемента – переменная типа
  • Пример: T[]
• Тип элемента – параметризованный тип
  • Пример: Set<T>[]
• Интерфейс GenericArrayType
  • getGenericComponentType() – тип элемента

• Генерация классов во время исполнения
  • Фиктивные классы
  • Реализующие требуемые интерфейсы
• Класс Proxy

• Класс InvocationHandler
  • Делегируются вызовы, совершенные на Proxy
• Методы
  • invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) – уведомляет о вызове метода

• Создание экземпляра
  • newProxyInstance(classLoader, interfaces[], handler)
• Получение класса
  • getProxyClass(classLoader, interfaces...)
• Проверка класса
  • isProxyClass(class)

• Класс

  public class Profiler implements
          InvocationHandler {
      // Экземпляр Proxy
      private final Object instance;
      // Реальная реализация
      private final Object impl;
      ...
  }
  

• Конструктор

  public Profiler(Class[] i8s, Object impl) {
      this.impl = impl;
      instance = Proxy.newProxyInstance(
          null, i8s, this);
  }
  

• Создание экземпляра

  public Object getInstance() {
      return instance;
  }
  

• Основной метод

  public Object invoke(Object proxy,
          Method method, Object[] args
  ) throws IllegalAccessException,
          InvocationTargetException {
      System.out.println(
          "Calling " + method + " on " + impl);
      return method.invoke(impl, args);
  }
  

• Применение

  public static void main(String[] args) {
      Integer i1 = new Integer(3);
      Profiler profiler = new Profiler(
          new Class[]{Comparable.class}, i1);
      Comparable i2 =
          (Comparable) profiler.getInstance();
      System.out.println(i2.compareTo(i1));
  }
  

• Поддержка лямбд и динамических языков
• Быстрые вызовы
  • Проверка при создании, а не вызове
• Генерация кода

• Класс MethodType
• Получение
  • Создать новый
    MT.methodType(retType, paramTypes)
  • Изменить тип возвращаемого значения
    changeReturnType(retType)
  • Добавить аргументы
    insertParameterTypes(pos, paramTypes)
  • Удалить аргументы
    dropParameterTypes(int strt, int end)
  • (За/раз)вернуть примитивные типы wrap() / mt.unwrap()

• Класс MethodHandles.Lookup
• Получение
  • MethodHandles.lookup() — с правами вызывающего
  • MethodHandles.publicLookup() — общедоступные
• Методы поиска
  • Конструктор findConstructor(class, type): (args) -> class
  • Метод класса findStatic(class, name, type): (args) -> ret
  • Метод экземпляра findVirtual(class, name, type): (class, args) → ret
  • Геттер find[Static]Getter(class, field, type):
    (class?) → type
  • Сеттер find[Static]Setter(class, field, type):
    (class?, type) → void

• Класс MethodHandles.Lookup
• Методы
  • Конструктор unreflectConstructor(cons): (args) -> class
  • Метод unreflect(method): (class?, args) -> ret
  • Геттер unreflectGetter(field): (class?) -> type
  • Сеттер unreflectSetter(field): (class?, type) -> void

• Класс MethodHandle
• Методы
  • Вызвать c конвертацией аргументов и возвращаемого значения
    invoke(args)
  • Вызвать c точными типами
    invokeExact(args)
  • Зафиксировать первый аргумент
    bindTo(arg)

• Класс MethodHandles
• Цикл while

  • MethodHandle loop = MethodHandles.whileLoop(
        // init
        MethodHandles.constant(long.class, 5),
        // static boolean pred(i, step, limit) { return i < limit; }
        find("pred", boolean.class, long.class, int.class, int.class),
        // static long step(i, step, limit) { return i + step; }
        find("step", long.class, long.class, int.class, int.class)
    );
     
    loop.invoke(10, 23); // 25
    loop.invoke(3, 23); // 23
    

• Эффективный доступ к элементам массивов
  • Класс VarHandle
• Поддержка лямбда-выражений
  • Класс CallSite — способ вызова
  • Класс LambdaMetafactory — фабрика CallSite

• Reflection позволяет
  • Анализировать классы по время исполнения
  • Загружать классы по имени
  • Создавать экземпляры классов
  • Вызывать методы классов по имени
  • Оперировать значениями полей по имени
  • Создавать и оперировать с массивами по типу элемента
  • Создавать proxy для интерфейсов
  • Работать с аннотациями

• Обработка аннотаций во время компиляции
  • Пакет javax.annotation.processing
  • Проверка и генерация кода
• Модель языка
  • Пакет javax.lang.model
  • Информация о типах

• Guides:
  • The Reflection API // https://dev.java/learn/reflection/
  • Introduction to Java Reflection // https://dev.java/learn/introduction_to_java_reflection/
  • Introduction to Method Handles // https://dev.java/learn/introduction_to_method_handles/
• Forman I.R., Forman N. Java Reflection in Action // http://manning.com/forman/