JAVA笔记 ：注解和反射

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一、注解

1.1 概述

• 注解(Annotaion)是JDK5.0开始引入的技术
• 可以用在 包、类、方法、属性等上面，相当于给它们添加了额外的信息。
• 可以通过反射机制实现对注解信息的访问
• 注解是所有框架的底层
• 注解是给程序看的，注释是给程序员看的

1.2 内置注解

• 在java.lang包下定义了3个注解

  1. @Override - 检查该方法是否是重载方法。如果发现其父类，或者是引用的接口中并没有该方法时，会报编译错误。

  2. @Deprecated - 标记过时方法。如果使用该方法，会报编译警告。

  3. @SuppressWarnings - 指示编译器去忽略注解中声明的警告。与前面两个注解有所不同，该注解需要添加一个参数才能正确使用，这些参数都是已经定义好了的，我们选择性的使用就好。

     @SuppressWarnings(“all”)
     @SuppressWarnings(“unchecked”)

     @SuppressWarnings(value={“unchecked”,“deprecation”})

1.3 自定义注解

• 自定义一个注解

  @interface myAnnotation {
    String value();
  }
  

  1. 使用[权限修饰符] @interface自定义一个注解，自动继承java.lang.annotaion.Annotaion 接口

  2. String value();表面上是个方法，实际上是生命了一个配置参数，在使用时需要传值。

  3. 可以通过default给参数进行默认赋值,在使用时如果没有默认值则必须进行传值。

     @interface myAnnotation {
       String value() default "";
     }
     

  4. 只有一个成员时，一般参数名设置为value

• 注解的使用和传值

  • 定义如下注解:

    @interface myAnnotation {
      int id();
      String name();
      String sex();
    }
    

  • 在一个类中使用注解

    @ myAnnotation(id = 1001,name="tom",sex = "man")
    class UserInfo{
      
    }
    

    								1. 使用注解时通过`key=value`的形式传值
    								1. 如果不指定`key`,则默认传递给注解中的`value`参数。
    

1.4 元注解

元注解就是作用在注解上的注解，定义在java.lang.annotaion包下。

1. @Target:用开说明注解的使用范围。

   1. 源代码中的定义：

      public @interface Target {
          /**
           * Returns an array of the kinds of elements an annotation interface
           * can be applied to.
           * @return an array of the kinds of elements an annotation interface
           * can be applied to
           */
          ElementType[] value();
      }
      

   2. 源码中的ElementType是一个枚举类型，定义在java.lang.annotation中，此枚举类型的常量提供了注释可能出现在Java程序中的语法位置的简单分类。 这些常量用于Target元注释，以指定写入给定类型注释的合法位置。

      
      public enum ElementType {
       
          TYPE, // 类、接口、枚举类
       
          FIELD, // 成员变量（包括：枚举常量）
       
          METHOD, // 成员方法
       
          PARAMETER, // 方法参数
       
          CONSTRUCTOR, // 构造方法
       
          LOCAL_VARIABLE, // 局部变量
       
          ANNOTATION_TYPE, // 注解类
       
          PACKAGE, // 可用于修饰：包
       
          TYPE_PARAMETER, // 类型参数，JDK 1.8 新增
       
          TYPE_USE // 使用类型的任何地方，JDK 1.8 新增
       
      

   3. 使用

      @Target({ElementType.METHOD,ElementType.ANNOTATION_TYPE})
      @interface myAnnotation {
      
      }
      

2. @Retention:描述注解保留的时间范围,一共有三种策略，定义在RetentionPolicy枚举中:

   
   public enum RetentionPolicy {
    
       SOURCE,    // 源文件保留
       CLASS,       // 编译期保留，默认值
       RUNTIME   // 运行期保留，可通过反射去获取注解信息
   }
   

   
   @Retention(RetentionPolicy.CLASS)
   public @interface ClassPolicy {
    
   
   

3. Documented注解的作用是：描述在使用 javadoc 工具为类生成帮助文档时是否要保留其注解信息。

4. @Inherited表示允许子类继承父类中的注解。

二、反射

2.1 概述

在程序运行中动态地获取类的相关属性，同时调用对象的方法和获取属性，这种机制被称之为Java反射机制。

• 实现原理

Java反射是Java实现动态语言的关键，也就是通过反射实现类动态加载

静态加载： 在编译时加载相关的类，如果找不到类就会报错，依赖性比较强

动态加载：在运行时加载需要的类，在项目跑起来之后，调用才会报错，降低了依赖性

例子：静态加载，如下代码，如果找不到类的情况，代码编译都不通过

User user = new User();

而动态加载，就是反射的情况，是可以先编译通过的，然后在调用代码时候，也就是运行时才会报错

 Class cls = Class.forName("com.example.core.example.reflection.User");Object obj = cls.newInstance();

java中的反射允许程序在执行期借助jdk中Reflection API来获取类的内部信息，比如成员变量、成员方法、构造方法等等，并能操作类的属性和方法

java中反射的实现和jvm和类加载机制有一定的关系，加载好类之后，在jvm的堆中会产生一个class类型的对象，这个class类包括了类的完整结构信息，通过这个class对象就可以获取到类的结构信息，所以形象地称之为java反射。

2.2 获取反射对象

• 定义一个实体类

  public class User {
    private String name;
    private int age;
    private String sex;
  
    public User() {
    }
  
    public User(String name, int age, String sex) {
      this.name = name;
      this.age = age;
      this.sex = sex;
    }
  
    @Override
    public String toString() {
      return "User{" +
              "name='" + name + '\'' +
              ", age=" + age +
              ", sex='" + sex + '\'' +
              '}';
    }
  }
  
  

• 通过反射获取类的class对象

  public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
      Class c1 = Class.forName("com.a001.User");
      System.out.println(c1);//class com.a001.User
    }
  

  1. 一个类在内存中只有一个Class对象：

     Class c1 = Class.forName("com.a001.User");
     Class c2 = Class.forName("com.a001.User");
     System.out.println(c1 == c1);//true
     

  2. 类被加载后，；类的整个结果都在Class对象中。

• Object类中定义了getClass方法，可以通过类的对象获取类的Class对象。

  public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
      Class c1 = Class.forName("com.a001.User");
      Class c2 = new User().getClass();
      System.out.println(c1 == c2);//true
    }
  

• 每一个类都有class属性，通过类名.class属性获得Class的对象(比较高效)

  public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
      Class c1 = com.a001.User.class
    }
  

• 基本包装类型包装类都有一个TYPE属性

  public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
      Class c1 = Intger.TYPE
    }
  

2.3 Class对象

• Class对象存储了一个类的相关信息

• Class本身也是个类，但对应的对象不是被new出来的，而是系统创建的。

• 一个Class对象对应一个加载到JVM中的一个.class文件

• 每个类的实例都划记得自己由哪个Class实例生成的，可以通过getClass方法生成。

• Class类中提供的方法

  

• 那些类型可以有Class对象

  • 类：外部类、成员（成员内部类、静态内部类）、局部内部类、匿名内部类
  • 接口
  • 枚举
  • 注解
  • 基本数据类型
  • void

  		Class c1=Object.class;
      Class c2=Comparable.class;
      Class c3=int[][].class;
      Class c4= ElementType.class;
      Class c5=Target.class;
      Class c6=Integer.class;
      Class c7=void.class;
      Class c8=Class.class;
  

2.4 类的加载内存分析

存放new出来的对象和数组

可以被所有的线程共享,不会存放别的对象的引用

存放基本变量类型,包含这个基本类型的具体数值

对象的引用

可以被所有的线程共享

包含了所有的class和static变量

Java内存

堆

栈

方法区

• 类的加载大致过程

  1. 类的加载（Load）：将.class文件读入内存，并将这件静态数据转换成方法区的运行时数据，并为之创建一个Class对象代表这个类。
  2. 类的链接（Link）：将类的二进制数据合并到JRE中。
     1. 验证：确保类的加载信息是否符合规范，没有安全方面的问题
     2. 准备：正式为类变量（static）分配内存并设置初始值，这些内存在方法区中分配
     3. 解析：虚拟机中常量池中的符号引用（常量名）转化为直接引用（地址）的过程。（即把所有常量的引用替换成真实的数据）
  3. 类的初始化（Initialize）：JVM负责对类进行初始化。
     • 执行类构造器clinit()方法的过程，其方法体是所有类中的 static成员合并而成的（相同的代码会被替换）。
     • 若父类没有初始化，先触发父类的初始化。
     • 虚拟机保证clinit()方法在多线程中被正确加锁和同步。

• 类初始化的时机

  • 类的主动引用（一定会发生类的初始化）
    • 当虚拟机启动，会发生main方法所在的类
    • new一个类的对象
    • 调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法
    • 使用java.lang.reflect包中的方法对类进行反射调用
    • 初始化子类时，若父类没有初始化，先触发父类的初始化。
  • 类的被动引用（不会发生类的初始化）
    • 当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会初始化，如通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类的初始化。
    • 通过数组定义类引用，不会触发类的初始化。
    • 引用常量不会触发此类的初始化（常量在链接阶段就存入常量池中了）

• 类加载器

  ​ 类加载器的作用：将.class文件读入内存，并将这件静态数据转换成方法区的运行时数据，并为之创建一个Class对象代表这个类，==该对象作为作为访问方法区类数据的入口。==JVM预定义有三种类加载器，当一个 JVM启动的时候，Java开始使用如下三种类加载器：

  • 根类加载器（bootstrap class loader）：它用来加载 Java 的核心类，由于引导类加载器涉及到虚拟机本地实现细节，开发者无法直接获取到启动类加载器的引用，所以不允许直接通过引用进行操作。

    ​ 在lib目录下找到rt.jar,并用解压软件打开，里面java/long 目录下就是对应的java.long包，java目录下还能看到其他常用的类库(Math,io,time)。根类加载器就是加载这些包的。

  • 扩展类加载器（extensions class loader）：它负责加载JRE的扩展目录，==lib/ext==或者由java.ext.dirs系统属性指定的目录中的JAR包的类。由Java语言实现，父类加载器为null。

  • 系统类加载器（system class loader）：被称为系统（也称为应用）类加载器，它负责在JVM启动时加载来自Java命令的-classpath选项、java.class.path系统属性，或者CLASSPATH换将变量所指定的JAR包和类路径。程序可以通过ClassLoader的静态方法getSystemClassLoader()来获取系统类加载器。如果没有特别指定，则用户自定义的类加载器都以此类加载器作为父加载器。由Java语言实现，父类加载器为ExtClassLoader。

   // 测试某个类是由哪个类加载器加载的
      ClassLoader classLoader1 = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
      System.out.println(classLoader1);//jdk.internal.loader.ClassLoaders$AppClassLoader@251a69d7
      ClassLoader classLoader2 = Object.class.getClassLoader();
      System.out.println(classLoader2);//null 因为无法直接获取
  

  //获得系统加载类在那些路径加载类的
  System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
  

2.5 获取运行时类的完整结构

• 定义一个类

class User {
  private String name;
  private int age;
  private String sex;

  public User() {}

  public User(String name, int age, String sex) {
    this.name = name;
    this.age = age;
    this.sex = sex;
  }

  @Override
  public String toString() {
    return "User{" + "name='" + name + '\'' + ", age=" + age + ", sex='" + sex + '\'' + '}';
  }
}

• 获取类对象

 Class c1 = User.class;

• 获取类名

System.out.println(c1.getName()); // com.a001.User
System.out.println(c1.getSimpleName()); // User

• 获取属性

Field[] field = c1.getFields();
System.out.println(Arrays.toString(field));
Field[] declaredFields = c1.getDeclaredFields(); // []
System.out.println(Arrays.toString(declaredFields));
// [private java.lang.String com.a001.User.name, private int com.a001.User.age, private
// java.lang.String com.a001.User.sex]
Field name = c1.getDeclaredField("name");
System.out.println(name); // private java.lang.String com.a001.User.name

	获取所有的public属性，包括继承过来的	获取在本类声明的所有属性
获取满足条件的所有属性	getFields()	getDeclaredFields()
根据属性名获取属性	getField(String name)	getDeclaredField(String name)

• 获取方法

Method[] methods = c1.getMethods();
System.out.println(Arrays.toString(methods));
// [public java.lang.String com.a001.User.toString(), public final void
// java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException, public final void
// java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException, public final native void
// java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException, public boolean
// java.lang.Object.equals(java.lang.Object), public native int java.lang.Object.hashCode(),
// public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass(), public final native void
// java.lang.Object.notify(), public final native void java.lang.Object.notifyAll()]
Method[] declaredMethods = c1.getDeclaredMethods();
System.out.println(Arrays.toString(declaredMethods));
//[public java.lang.String com.a001.User.toString()]

	获取所有的public方法，包括继承过来的	获取在本类声明的所有方法，包括重写的
获取满足条件的所有方法	getMethods()	getDeclaredMethods()
根据方法名获取方法	getMethod(String name,*参数列表)	getDeclaredMethod(String name,*参数列表)

注； 方法名+参数列表才能定位到具体的方法，尤其是对于重载的方法而言

public class Main {

  public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
    Class c1 = Test.class;
    System.out.println(c1.getDeclaredMethod("func", int.class, String.class));
    //public void com.a001.Test.func(int,java.lang.String)
  }
}

class Test {
  public void func(int a) {}

  public void func(String b) {}

  public void func(int a, String b) {}
}

• 获得构造器

	获取在本类声明的所有的public构造器	获取在本类声明的所有构造器
获取满足条件的所有方法	getMethods()	getDeclaredMethods()
根据方法名获取方法	getMethod(String name,*参数列表)	getDeclaredMethod(String name,*参数列表)

Class userClass = User.class;
System.out.println(Arrays.toString(userClass.getConstructors()));
//[public com.a001.User(), public com.a001.User(java.lang.String,int,java.lang.String)]
System.out.println(Arrays.toString(userClass.getDeclaredConstructors()));
//[public com.a001.User(), public com.a001.User(java.lang.String,int,java.lang.String)]

System.out.println(userClass.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, String.class));
//public com.a001.User(java.lang.String,int,java.lang.String)

2.6 通过反射创建一个对象

• newInstance()

  Class userClass = User.class;
  // 创建一个对象
  User user1 = (User) userClass.newInstance();
  System.out.println(user1);//User{name='null', age=0, sex='null'}
  /*
  分析：1. newInstance通过调用无参构造器创建了对象
       2. 该方法已经弃用
   */
  

• 通过获得类的构造器来创建对象

   Class userClass = User.class;
      // 获取指定的构造器
  Constructor declaredConstructor = userClass.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, String.class);
  		//根据构造器创建对象
  User user2 = (User) declaredConstructor.newInstance("Tom", 20, "man");
  System.out.println(user2); //User{name='Tom', age=20, sex='man'}
  

2.7 通过反射调用对象的属性和方法

Class userClass = User.class;
User user = new User("tom", 12, "man");
// 获得对应的方法
Method toString = userClass.getDeclaredMethod("toString", null);
// 传入指定的对象和参数值（若有）调用方法  invoke(翻译：激活)
System.out.println(toString.invoke(user));
//User{name='tom', age=12, sex='man'}

Class userClass = User.class;
User user = new User("tom", 12, "man");
Field name = userClass.getDeclaredField("name");
name.setAccessible(true); // 关闭权限检测，可以对私有属性进行修改
name.set(user, "tom2");
System.out.println(name.get(user));

总结：

操作	方法
通过构造器创建实例	constructor.newInstance()
调用方法	method.invoke()
获取、修改属性	field.get() field.get() (对私有属性要关闭权限检查)

2.8 获取范型信息

• Java中采用范型擦除机制，即范型仅在编译阶段使用，一旦编译完成后，所有和范型相关的类型全部擦除掉。

• 为了在反射中操作这些范型型，java新增了ParameterizedType,GenericArrayType、TypeVariable和WildcardType等操作范型的类：

public class Main {
  public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {
    Class c1 = Main.class;
    // 获得方法
    Method test = c1.getMethod("Test", Map.class, List.class);
    System.out.println(test);
    // public static java.util.ArrayList com.a001.Main.Test(java.util.Map,java.util.List)
    /*
    分析：修饰符  public static
         返回值： java.util.ArrayList
         方法名  com.a001.Main.Test
         参数列表  java.util.Map,java.util.List
     */
    // 获得方法中参数列表中的范型信息
    Type[] genericParameterTypes = test.getGenericParameterTypes();
    System.out.println(Arrays.toString(genericParameterTypes));
    // [java.util.Map, java.util.List]

    // 获得具体的范型
    for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
      // 判断获取的类型是不是参数化类型
      if (genericParameterType instanceof ParameterizedType) {
        // 强制转化成真实类型
        Type[] actualTypeArguments =
            ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
        for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
          System.out.println(actualTypeArgument);
          /*
          class java.lang.String
          class java.lang.String
          class java.lang.Integer
           */
        }
      }
    }
  }

  public static ArrayList<Character> Test(Map<String, String> map, List<Integer> list) {
    return new ArrayList<Character>();
  }
}

2.9 获取注解信息

• 定义注解

  
  @Target(ElementType.TYPE)
  @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
  public @interface TableUser {
      String value();
  }
  

  @Target(ElementType.FIELD)
  @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
  public @interface FiledUser {
      String colName();
      String type();
      int length();
  }
  

• 定义类，并使用注解

  @TableUser("db_user")
  public class User {
      @FiledUser(colName = "db_id",type = "int",length =4)
      private int id;
      @FiledUser(colName = "db_name",type = "varchar",length =3)
      private  String name;
      @FiledUser(colName = "db_age",type = "int",length =2)
      private int age;
  
      public User() {
      }
  
      public User(int id, String name, int age) {
          this.id = id;
          this.name = name;
          this.age = age;
      }
  }
  
  

• 获取注解信息

  public class Main {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {
      Class classUser = com.a001.User.class;
  
      // 获得类上的注解
      Annotation[] annotations = classUser.getAnnotations();
      System.out.println(Arrays.toString(annotations));
      // [@com.a001.TableUser("db_user")]
  
      // 获得指定的注解
      TableUser annotation = (TableUser) classUser.getAnnotation(TableUser.class);
      // 获取注解中对应的valud值
      System.out.println(annotation.value()); //db_user
  
      //获取属性上的注解
      //1. 获取属性
      Field id = classUser.getDeclaredField("id");
      // 2. 根据属性获得对应的注解
      FiledUser annotation1 = id.getAnnotation(FiledUser.class);
      System.out.println(annotation1.colName());
      System.out.println(annotation1.type());
      System.out.println(annotation1.length());
      /*
      db_id
      int
       4
       */
    }
  }