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注解和反射

1 注解简介

注解（Annotation）是从JDK5.0开始引入的新技术

作用：

  • 对程序作出解释（非必须，检查和约束）
  • 被其他程序读取（编译器）

格式：@注解名（有的还可以添加参数值）

Annotation可以附加在package, class, method, field 等上面，相当于给他们添加了额外的辅助信息，可以通过反射机制编程实现对这些元数据的访问

1.1 内置注解

@Override：重写父类方法

@Deprecated：不推荐使用

@SuppressWarnings("all")：抑制警告

1.2 元注解

作用：注解其他注解，为其他annotation提供说明

Java定义了4个标准的meta-annotation类型：@Target, @Retention, @Document, @Inherited

  • @Target：描述注解的使用范围
  • @Retention：描述注解的生命周期（SOURCERUNTIME）
  • @Documented：说明该注解被包含在javadoc中
  • @inherited：说明子类可以继承父类中的该注释

1.3 自定义注解

格式：public @ interface 注解名 {定义内容}

public class Test extends Object{
    //注解可以显式赋值，如果没有默认值，则必须赋值
    @MyAnnotation(name = "XXX",schools = {"门头沟大学","家里蹲大学"})
    public void test() {    
    }
}
//定义一个注解
//Target 描述注解使用范围
@Target(value = {ElementType.METHOD,ElementType.TYPE})
//Retention 描述注解生效时间
@Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
//Documented 表示将注解生成在javadoc中
@Documented
//Inherited 表示子类可以继承父类的注解
@Inherited
@interface MyAnnotation{
    //注解的参数：参数类型+参数名()
    //假如只有一参数，建议命名为value
    String name() default "";
    int age() default 0;
    int id() default -1;
    String[] schools() default {""};
}

2 反射机制

静态语言VS动态语言

  • 动态语言：运行时代码可以根据某些条件改变自身结构（C#, JavaScript, Python...）
  • 静态语言：运行时结构不可变（Java, C, C++...）

Java不是动态语言，但Java可以利用反射机制获得类似动态语言的特性

反射机制（Reflection）允许程序在执行期借助于Reflection API取得任何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法

功能：

  • 运行时进行与类（对象）相关的操作
  • 运行时处理注解
  • 生成动态代理（AOP）

优点：实现动态创建对象和编译，体现出很大的灵活性

缺点：对性能有影响。使用反射基本上是一种解释操作，这类操作总是慢于直接执行相同的操作

主要API：java.lang.Class...

2.1 Class类

Object类中定义了getClass()方法，被所有子类继承

注解和反射_第1张图片

获取Class类的实例：

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Person person = new Student();
        System.out.println("这个人是："+person.name);
        //一个类在内存中只有一个Class对象
        //一个类被加载后，类的整个结构都会被封装在Class对象中
        //获取类的Class对象
        //方式一：通过对象获得
        Class c1 = person.getClass();
        System.out.println(c1.hashCode());
        
        //方式二：通过Class.forName获得
        Class c2 = Class.forName("com.zhg.reflection.Student");
        System.out.println(c2.hashCode());
        
        //方式三：通过类名.class获得
        Class c3 = Student.class;
        System.out.println(c3.hashCode());
        
        //方式四：基本内置类型的包装类都有一个TYPE属性
        Class c4 = Integer.TYPE;
        System.out.println(c4);
        
        //获得父类类型
        Class c5 = c1.getSuperclass();
        System.out.println(c5);
    }

}

class Person{
    public String name;
    public Person() {
        super();
    }
    public Person(String name) {
        super();
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person [name=" + name + "]";
    }
}

class Student extends Person{
    public Student() {
        this.name = "学生";
    }
}
class Teacher extends Person{
    public Teacher() {
        
    }
}

哪些类型可以有Class对象？

import java.lang.annotation.ElementType;
//所有类型的Class对象
public class Test02 {
    public static void main(String[] args) {
        Class c1 = Object.class; //类
        Class c2 = Comparable.class; //接口
        Class c3 = String[].class; //一维数组
        Class c4 = int[][].class; //二维数组
        Class c5 = Override.class; //注解
        Class c6 = ElementType.class; //枚举
        Class c7 = Integer.class; //基本数据类型包装类
        Class c8 = void.class; //void
        Class c9 = Class.class; //Class
        System.out.println(c1); //class java.lang.Object
        System.out.println(c2); //interface java.lang.Comparable
        System.out.println(c3); //class [Ljava.lang.String;
        System.out.println(c4); //class [[I
        System.out.println(c5); //interface java.lang.Override
        System.out.println(c6); //class java.lang.annotation.ElementType
        System.out.println(c7); //class java.lang.Integer
        System.out.println(c8); //void
        System.out.println(c9); //class java.lang.Class
        //只要元素类型与维度一样，就是同一Class
        int[] a = new int[10];
        int[] b = new int[100];
        System.out.println(a.getClass().hashCode());
        System.out.println(b.getClass().hashCode());
     }
}

2.2 内存分析

Java内存：堆（方法区），栈

堆：存放new的对象和数组，可以被所有线程共享

方法区：特殊的堆，存放所有class和static变量

栈：存放基本变量类型，引用类型的变量

2.2.1 类的加载过程

注解和反射_第2张图片

加载（Load）：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后生成一个代表这个类的java.lang.Class对象

链接（Link）：将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态（JRE）中的过程

  • 验证：确保加载类信息符合JVM规范，没有安全问题
  • 准备：为类变量（static）分配内存并设置默认初始值
  • 解析：虚拟机常量池的符号（常量名）引用替换为直接引用（地址）的过程

初始化（Initialize）：

  • 执行类构造器()方法的过程（类构造器是构造类信息的）
  • 先触发父类的初始化
  • 保证()方法在多线程环境中被正确加锁和同步
public class Test03 {

    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println(A.m);
        /*
         1.加载到内存，会产生一个类对应的Class对象
         2.链接，链接结束后 m = 0
         3.初始化
         (){
             System.out.println("A类静态代码块初始化");
            m = 300;
            m = 100;
        }
        m = 100;
         */
    }
}
class A{
    static {
        System.out.println("A类静态代码块初始化");
        m = 300;
    }
    static int m = 100;
    public A() {
        System.out.println("A类的无参构造器初始化");
    }
}

2.2.2 类的初始化

什么时候会发生类的初始化？

  • 类的主动引用（一定会发生类的初始化）

    • 虚拟机启动时先初始化main方法所在的类
    • new一个类的对象
    • 调用类的静态成员和静态方法（除了final常量）
    • 对类进行反射调用
    • 当初始化一个类时，先初始化其父类

  • 类的被动引用（不会发生类的初始化）

    • 当访问静态域时，只有真正声明这个于的类才会被初始化
    • 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
    • 引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入调用类的常量池了）
//测试类什么时候会初始化
public class Test04 {
    static {
        System.out.println("main类被加载");
    }
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //1.主动引用
        //Son son = new Son();
        
        //反射也会产生主动引用
        //Class.forName("com.zhg.reflection.Son");
        
        //不会产生类的引用的方法
        //System.out.println(Son.b);
        //Son[] array = new Son[5];
        System.out.println(Son.M);
    }

}
class Father{
    static int b = 2;
    static {
        System.out.println("父类被加载");
    }
}
class Son extends Father{
    static {
        System.out.println("子类被加载");
        m = 300;
    }
    
    static int m = 100;
    static final int M = 1;
}

2.2.3 类加载器

作用：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后在堆中生成这个类的Class对象，作为方法区中类数据的访问入口

注解和反射_第3张图片

类缓存：类加载器加载类时，先按要求查找类，如果某个类被加载到类加载器中，它将维持加载（缓存）一段时间。

类加载器的类型：

  • 引导类加载器（负责Java核心库）
  • 扩展类加载器
  • 系统类加载器
public class Test05 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //获取系统类的加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);
        
        //获取系统类加载器的父类加载器-->扩展类加载器
        ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(parent);
        
        //获取扩展类加载器的父类加载器-->根加载器（C/C++）
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);
        
        //测试当前类是哪个加载器加载的（系统类加载器）
        ClassLoader classLoader = Class.forName("com.zhg.reflection.Test05").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        
        //测试JDK内置的类是谁加载的（根加载器）
        classLoader = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        
        //如何获得系统类加载器可以加载的路径
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
        
        //双亲委派机制
            //java.lang.String-->多重检测，保证安全性
    }
}

2.2.4 获取类的结构

通过反射获取运行时类的完整结构

Field, Method, Constructor, Superclass, Interface, Annotation...

//获取类的信息
public class Test06 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, SecurityException, NoSuchMethodException {
        Class c1 = Class.forName("com.zhg.reflection.Person");
        Person person = new Person();
        c1 = person.getClass();
        System.out.println("==================");
        //获得类的名字
        System.out.println(c1.getName()); //获得包名 + 类名
        System.out.println(c1.getSimpleName()); //获得类名    
        //获得类的属性
        Field[] fields = c1.getFields(); //只能找到public属性
        for(Field field:fields) {
            System.out.println(field);
        }
        fields = c1.getDeclaredFields(); //找到全部的属性
        for(Field field:fields) {
            System.out.println(field);
        }    
        //获取指定属性的值
        Field name = c1.getDeclaredField("name");
        System.out.println(name);
        System.out.println("==================");
        //获得类的方法
        Method[] methods = c1.getMethods(); //获得本类及父类的所有public方法
        for(Method method:methods) {
            System.out.println("正常的："+method);
        }
        methods = c1.getDeclaredMethods(); //获得本类的所有方法（包括private方法）
        for(Method method:methods) {
            System.out.println("getDeclaredMethods："+method);
        }
        //获得指定方法
        Method getName = c1.getMethod("getName", null);
        Method setName = c1.getMethod("setName", String.class);
        System.out.println(getName);
        System.out.println(setName);
        System.out.println("==================");
        //获得指定的构造器
        Constructor[] constructors = c1.getConstructors(); //获得public构造器
        for(Constructor constructor:constructors) {
            System.out.println(constructor);
        }
        constructors = c1.getDeclaredConstructors(); //获得全部构造器
        for(Constructor constructor:constructors) {
            System.out.println("#"+constructor);
        }
        //获得指定的构造器
        Constructor declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class);
        System.out.println("指定："+declaredConstructor);
    }
}

2.3 实际应用

2.3.1 动态创建对象

动态创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法

  1. 类必须有一个无参构造器
  2. 类的构造器的访问权限需要足够
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

//通过反射动态的创建对象
public class Test07 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        //构造Class对象
        Class c1 = Class.forName("com.zhg.reflection.Person");
        
        //构造一个对象
        Person person = (Person) c1.newInstance();  //本质是调用了类的无参构造器
        System.out.println(person);
        
        //通过构造器创建对象
        Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class);
        Person person2 = (Person)constructor.newInstance("XX");
        System.out.println(person2);
        
        //通过反射调用普通方法
        Person person3 = (Person) c1.newInstance();
        Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
        //invoke(对象，方法参数)
        setName.invoke(person3, "XXX");
        System.out.println(person3.name);
        System.out.println("=================");
        //通过反射操作属性
        Person person4 = (Person) c1.newInstance();
        Field name = c1.getDeclaredField("name");
        //不能直接操作私有属性，需要关闭程序的安全检测，属性或者方法的setAccessible(true)
        name.setAccessible(true); //
        name.set(person4, "XXXX");
        System.out.println(person4.getName());
        
    }
}

setAccessible参数值为true则指示反射的对象在使用时取消Java语言访问检查→提高了反射的效率；使得原本无法访问的私有成员也可以访问

性能分析（调用对象的方法）：普通方式 VS 反射方式 VS 关闭检测后反射

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

//分析性能问题
public class Test08 {
    //普通方式调用
    public static void test01() {
        Person person = new Person();
        
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for(int i= 0; i < 1000000000; i++) {
            person.getName();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        
        System.out.println("普通方式执行"+(endTime-startTime)+"ms");
    }
    
    //反射方式调用
    public static void test02() throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException, SecurityException {
        Person person = new Person();
        Class c1 = person.getClass();
        
        Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
        
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for(int i= 0; i < 1000000000; i++) {
            getName.invoke(person, null);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        
        System.out.println("反射方式执行"+(endTime-startTime)+"ms");
    }    
    
    //反射方式调用 关闭检测
    public static void test03() throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException, SecurityException {
        Person person = new Person();
        Class c1 = person.getClass();
        
        Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
        getName.setAccessible(true);
        
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for(int i= 0; i < 1000000000; i++) {
            getName.invoke(person, null);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        
        System.out.println("关闭检测后反射方式执行"+(endTime-startTime)+"ms");
    }    
    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException, SecurityException {
        test01();
        test02();
        test03();
    }
}

2.3.2 获取泛型信息

Java采用泛型擦除机制来引入泛型，Java中的泛型仅仅是给编译器javac使用的，一旦编译完成，所有和泛型有关的类型全部擦除

通过反射操作类型：

import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.ParameterizedType;
import java.lang.reflect.Type;
import java.util.List;
import java.util.Map;

//通过反射获取泛型
public class Test09 {
    public void test01(Map map,List list){
        System.out.println("test01");
    }
    public Maptest02(){
        System.out.println("test02");
        return null;
    }
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, SecurityException {
        Method method = Test09.class.getMethod("test01", Map.class,List.class);
        Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();
        for(Type genericParameterType:genericParameterTypes) {
            System.out.println("#"+genericParameterType);
            if(genericParameterType instanceof ParameterizedType) {
                Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType)genericParameterType).getActualTypeArguments();
                for(Type actualTypeArgument:actualTypeArguments) {
                    System.out.println(actualTypeArgument);
                }
            }
        }
        
        method = Test09.class.getMethod("test02", null);
        Type genericReturnType = method.getGenericReturnType();
        if(genericReturnType instanceof ParameterizedType) {
            Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType)genericReturnType).getActualTypeArguments();
            for(Type actualTypeArgument:actualTypeArguments) {
                System.out.println(actualTypeArgument);
            }
        }
    }
}

2.3.3 获取注解信息

ORM(Object Relationship Mapping)：对象关系映射

  • 类和表结构对应
  • 属性和字段对应
  • 对象和记录对应

利用注解和反射完成类和表结构的映射关系：

import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
import java.lang.reflect.Field;

//练习反射操作注解
public class Test10 {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, SecurityException {
        Class c1 = Class.forName("com.zhg.reflection.StudentX");
        
        //通过反射获得注解
        Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();
        for(Annotation annotation:annotations) {
            System.out.println(annotation);
        }
        
        //获取注解的value值
        TableX table = (TableX)c1.getAnnotation(TableX.class);
        String value = table.value();
        System.out.println(value);
        
        //获取类指定的注解
        Field f = c1.getDeclaredField("name");
        FieldX annotation = f.getAnnotation(FieldX.class);
        System.out.println(annotation.columnName());
        System.out.println(annotation.type());
        System.out.println(annotation.length());
    }

}
@TableX("db_student")
class StudentX{
    
    @FieldX(columnName = "db_id",type = "int",length = 10)
    private int id;
    @FieldX(columnName = "db_age",type = "int",length = 10)
    private int age;
    @FieldX(columnName = "db_name",type = "varchar",length = 3)
    private String name;
    public StudentX() {
        super();
    }
    public StudentX(int id, int age, String name) {
        super();
        this.id = id;
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    public int getId() {
        return id;
    }
    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student [id=" + id + ", age=" + age + ", name=" + name + "]";
    }
}
//类名的注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface TableX{
    String value();
}

//属性的注解
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface FieldX{
    String columnName();
    String type();
    int length();
}

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