Java反射、枚举、Lambda表达式

反射

Java 中的反射

Java 反射（Reflection）是一种强大的机制，允许程序在运行时检查和操作类、方法、字段等程序结构的信息。通过反射，你可以动态地获取类的信息、创建对象、调用方法、访问字段等，而不需要在编译时确定这些信息。

主要涉及的类在 java.lang.reflect 包中，其中包括以下 4 个类：

类名	用途
Class	代表类的实体，在运行的 java 应用程序中表示类和接口
Field	代表类的成员变量
Method	代表类的方法
Constructor	代表类的构造方法

反射的使用

常用获得类相关的方法

方法	解释
ClassLoader getClassLoader()	获得类的加载器
Class[] getDeclaredClasses()	返回一个数组，数组中包含该类中所有类和接口类的对象
Class forName(String className)	根据类名返回类的对象
T newInstance()	创建类的实例
String getName()	获得类的完整路径名

常用获得类中属性相关的方法

方法	解释
Field getField(String name)	获得某个公有的属性对象
Field[] getFields()	获得所有公有的属性对象
Field getDeclaredField(String name)	获得某个属性对象
Field[] getDeclaredFields()	获得所有属性对象

获得类中注解相关的方法

方法	解释
A getAnnotation(Class annotationClass)	返回该类中与参数类型匹配的公有注解对象
Annotation[] getAnnotations()	返回该类所有的公有注解对象
A getDeclaredAnnotation(Class annotationClass)	返回该类中与参数类型匹配的所有注解对象
Annotation[] getDeclaredAnnotations()	返回该类所有的注解对象

获得类中构造器相关的方法

方法	解释
Constructor getConstructor(Class... parameterTypes)	获得该类中与参数类型匹配的公有构造方法
Constructor[] getConstructors()	获得该类的所有公有构造方法
Constructor getDeclaredConstructor(Class... parameterTypes)	获得该类中与参数类型匹配的构造方法
Constructor[] getDeclaredConstructors()	获得该类的所有构造方法

获得类中方法相关的方法

方法	解释
Method getMethod(String name, Class... parameterTypes)	获得该类某个公有方法
Method[] getMethods()	获得该类所有公有方法
Method getDeclaredMethod(String name, Class... parameterTypes)	获得该类某个方法
Method[] getDeclaredMethods()	获得该类所有方法

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以Student类为例：

class Student {
    public String name;
    private int age;

    public Student() {}
    private Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    private void fun(String message) {
        System.out.println(message);
    }

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

获取 Class 对象的三种方式

public static void main(String[] args) {
    Student student = new Student();
    Class<?> c1 = student.getClass();
    Class<?> c2 = Student.class;
    Class<?> c3 = null;
    try {
        c3 = Class.forName("reflectdemo.Student");
    } catch (ClassNotFoundException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
    System.out.println(c1 == c2);
    System.out.println(c1 == c3);
}
/* 输出：
true
true
*/

反射创建类的实例：

public class ReflectClassDemo {
    public static void reflectNewInstance() {
        Class<?> c3 = null;
        try {
            c3 = Class.forName("reflectdemo.Student");
            Student student = (Student) c3.newInstance();
            System.out.println(student);
        } catch (ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        reflectNewInstance();
    }
}
/* 输出：
reflectdemo.Student@1b6d3586
*/

反射获取私有的构造方法：

public static void reflectPrivateConstructor() {
    Class<?> c3 = null;
    try {
        c3 = Class.forName("reflectdemo.Student");
        Constructor<?> constructor = c3.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        constructor.setAccessible(true); // 设置为true可修改访问权限
        Student student = (Student) constructor.newInstance("zhangsan", 23);
        System.out.println(student);
    } catch (ClassNotFoundException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException | InstantiationException |
             IllegalAccessException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    reflectPrivateConstructor();
}

反射获取私有属性

public static void reflectPrivateField() {
    Class<?> c3 = null;
    try {
        c3 = Class.forName("reflectdemo.Student");
        Student student = (Student) c3.newInstance();
        Field field = c3.getDeclaredField("age");
        field.setAccessible(true);
        field.set(student, 99);
        System.out.println(student);
    } catch (ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException | NoSuchFieldException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

反射调用私有方法：

public static void reflectPrivateMethod() {
    Class<?> c3 = null;
    try {
        c3 = Class.forName("reflectdemo.Student");
        Student student = (Student) c3.newInstance();
        Method method = c3.getDeclaredMethod("fun", String.class);
        method.setAccessible(true);
        method.invoke(student, "hello");
    } catch (ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException |
             InvocationTargetException e) {
        throw new RuntimeException(e);
    }
}

反射的优缺点

优点：

• 对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法
• 增加程序的灵活性和扩展性，降低耦合性，提高自适应能力
• 反射已经运用在很多流行框架：Struts、Hibernate、Spring 等等。

缺点：

• 使用反射会有效率问题，导致程序效率降低
• 反射技术绕过了源代码的技术，因而会带来维护问题，反射代码比相应的直接代码更复杂。

枚举

定义枚举类型：

public enum Day {
    SUNDAY, MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY
}

• 其中的 SUNDAY, MONDAY,… 都是枚举常量，每个枚举常量都是枚举类型的一个实例。
• 枚举常量会被隐式声明为public static final
• 枚举类型中的常量是通过枚举类型名称后的点表示的。例如，Day.MONDAY表示星期一。
• 其本质是 java.lang.Enum 的子类。

方法和属性：你可以为枚举类型添加方法和属性。每个枚举常量都是枚举类型的一个实例，并且可以有自己的方法和属性。

public enum Day {
    SUNDAY("Sun"), MONDAY("Mon"), TUESDAY("Tue"), WEDNESDAY("Wed"),
    THURSDAY("Thu"), FRIDAY("Fri"), SATURDAY("Sat");

    private final String abbreviation;

    Day(String abbreviation) {
        this.abbreviation = abbreviation;
    }

    public String getAbbreviation() {
        return abbreviation;
    }
}
// 每个枚举常量都有一个与之关联的缩写属性，并且有一个获取缩写的方法。

注意：

• 构造方法默认是私有的，且只能是私有，这是为了确保枚举常量只能在枚举类型内部进行创建。
• 枚举常量在类外，即使是通过反射也无法创建

常用方法：

方法	解释
values()	以数组形式返回枚举类型的所有成员
int ordinal()	获取枚举成员的索引位置
valueOf()	将普通字符串转换为枚举实例
int compareTo(E o)	比较两个枚举成员的序号

遍历枚举：通过values()方法获取枚举类型的所有常量，并使用foreach循环遍历它们。

public static void main(String[] args) {
    for (Day day : Day.values()) {
        System.out.println(day);
    }
}

switch语句： 枚举类型在使用switch语句时非常有用。每个枚举常量都可以作为一个分支。

Day today = Day.MONDAY;

switch (today) {
    case MONDAY:
        System.out.println("It's Monday!");
        break;
    case TUESDAY:
        System.out.println("It's Tuesday!");
        break;
    // ... 其他星期的情况
    default:
        System.out.println("It's not a weekday.");
}

Lambda 表达式

语法

(parameters) -> expression

或者：

(parameters) -> { statements; }

Lambda 表达式主要由以下几个部分组成：

1. 参数列表（Parameters）： 与普通方法的参数列表类似，可以为空或非空，如果只有一个参数，可以省略 ()。参数的类型在可推导的时候可能省略
2. 箭头符号（Arrow）： 使用 -> 符号表示从参数到表达式或语句的"流向"。
3. 表达式（Expression）： 单行表达式作为 Lambda 的主体。在这种情况下，表达式的值将被返回。注意，这种情况下，不需要使用 return 关键字。
4. 代码块（Block）： 多行代码块作为 Lambda 的主体。在这种情况下，如果需要返回值，则需要使用 return 关键字。

// 不需要参数，返回值为2
() -> 2
// 接收一个参数（数字类型），返回其2倍的值
x -> 2 * x
// 接收2个参数（数字类型），返回它们的和
(x, y) -> x + y
// 接收2个int，返回它们的积
(int x, int y) -> x * y
// 接收一个String，打印，无返回值
(String s) -> System.out.println(s)

函数式接口与Lambda表达式使用

函数式接口是一种只包含一个抽象方法的接口

• 函数式接口中可以有多个默认方法和静态方法，但只能有一个抽象方法。这个抽象方法就是Lambda表达式的目标。
• Java 8引入了 @FunctionalInterface 注解，用于显式声明一个接口是函数式接口。编译器会检查带有这个注解的接口，确保其满足函数式接口的定义。
• Lambda表达式本质就是一个匿名内部类，实现了函数式接口，重写了其中的方法

例：

@FunctionalInterface
interface MyFunctionalInterface {
    void myMethod();
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyFunctionalInterface myFunc = () -> System.out.println("Hello, Lambda!");
        myFunc.myMethod();
    }
}

其等价于使用匿名内部类：

@FunctionalInterface
interface MyFunctionalInterface {
    void myMethod();
}


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        MyFunctionalInterface myFunc = new MyFunctionalInterface() {
            @Override
            public void myMethod() {
                System.out.println("Hello, Lambda!");
            }
        };
        myFunc.myMethod();
    }
}

捕获

在Java中，匿名内部类和Lambda表达式都可以用来捕获变量

匿名内部类捕获变量：

public static void main(String[] args) {
    int a = 10;
    MyFunctionalInterface myFunc = new MyFunctionalInterface() {
        @Override
        public void myMethod() {
            System.out.println(a); // 10
        }
    };
    myFunc.myMethod();
}

Lambda 表达式捕获：

public static void main(String[] args) {
    int a = 10;
    MyFunctionalInterface myFunc = () -> System.out.println(a); // 10
    myFunc.myMethod();
}

在集合中的使用

在集合中，也新增了部分接口，以便于 Lambda 表达式的使用

函数式接口	方法
Collection	removeIf() spliterator() stream() parallelStream() forEach()
List	replaceAll() sort()
Map	getOrDefault() forEach() replaceAll() putIfAbsent() remove() replace() computeIfAbsent() computeIfPresent() compute() merge()

Collection 的 forEach() 方法是从接口 java.lang.Iterable 拿过来的