Java学习苦旅（二十六）——反射，枚举和lamda表达式

本篇博客将讲解反射，枚举和lamda表达式。

反射

定义

Java的反射机制是在运行状态中，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方法和属性，既然能拿到那么，我们就可以修改部分类型信息；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射机制。

用途

1、在日常的第三方应用开发过程中，经常会遇到某个类的某个成员变量、方法或是属性是私有的或是只对系统应用开放，这时候就可以利用Java的反射机制通过反射来获取所需的私有成员或是方法 。

2、反射最重要的用途就是开发各种通用框架，比如在spring中，我们将所有的类Bean交给spring容器管理，无论是XML配置Bean还是注解配置，当我们从容器中获取Bean来依赖注入时，容器会读取配置，而配置中给的就是类的信息，spring根据这些信息，需要创建那些Bean，spring就动态的创建这些类。

反射基本信息

Java程序中许多对象在运行时会出现两种类型：运行时类型(RTTI)和编译时类型，例如Person p = new Student()；这句代码中p在编译时类型为Person，运行时类型为Student。程序需要在运行时发现对象和类的真实信息。而通过使用反射程序就能判断出该对象和类属于哪些类。

反射相关的类

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

Class类

Class类代表类的实体，在运行的Java应用程序中表示类和接口。

Java文件被编译后，生成了.class文件，JVM此时就要去解读.class文件 ,被编译后的Java文件.class也被JVM解析为一个对象，这个对象就是 java.lang.Class 。这样当程序在运行时，每个java文件就最终变成了Class类对象的一个实例。我们通过Java的反射机制应用到这个实例，就可以去获得甚至去添加改变这个类的属性和动作，使得这个类成为一个动态的类 .

Class类中相关的方法

常用获得类相关的方法

方法	用途
getClassLoader()	获得类的加载器
getDeclaredClassed()	返回一个数组，数组中包含该类中所有类和接口的对象（包括私有的）
forName(String className)	根据类名返回类的对象
newInstance()	创建类的实例
getName()	获得类的完整路径名字

常用获得类中属性相关的方法

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

获得类中注解相关的方法

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

获得类中构造器的方法

方法	用途
getConstructor(Class… parameterTypes)	获得该类中与参数类型匹配的公有构造方法
getConstructors()	获得该类的所有公有构造方法
getDeclaredConstructor(Class… parameterTypes)	获得该类中与参数类型匹配的构造方法
getDeclaredConstructors()	获得该类所有构造方法

获得类中方法相关的方法

方法	用途
getMethod(String name, Class… parameterTypes)	获得该类某个公有的方法
getMethods()	获得该类所有公有的方法
getDeclaredMethod(String name, Class… parameterTypes)	获得该类某个方法
getDeclaredMethods()	获得该类所有方法

反射示例

在反射之前，我们需要做的第一步就是先拿到当前需要反射的类的Class对象，然后通过Class对象的核心方法，达到反射的目的，即：在运行状态中，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方法和属性，既然能拿到那么，我们就可以修改部分类型信息。

第一种，使用 Class.forName(“类的全路径名”); 静态方法。

前提：已明确类的全路径名。

第二种，使用 .class 方法。

说明：仅适合在编译前就已经明确要操作的 Class

第三种，使用类对象的 getClass() 方法

示例代码

package reflectdemo1;

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

/**
 * Created by rampant boy
 * Description:
 * DATE: 2022-03-17
 * TIME: 17:25
 */
public class ReflectClassDemo {
    public static void main(String[] args) {
        reflectNewInstance();
        reflectPrivateConstructor();
        reflectPrivateField();
        reflectPrivateMethod();
    }

    /**
     * 通过Class类的newInstance方法获取学生实例
     */
    public static void reflectNewInstance() {
        try {
            Class<?> c1 = Class.forName("reflectdemo1.Student");
            Student student = (Student) c1.newInstance();
            System.out.println(student);
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void reflectPrivateConstructor() {
        try {
            Class<?> c1 = Class.forName("reflectdemo1.Student");
            Constructor<?> constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
            constructor.setAccessible(true);
            Student student = (Student) constructor.newInstance("abc",18);
            System.out.println(student);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 反射属性，获取私有或者公开
     */
    public static void reflectPrivateField() {
        try {
            Class<?> c1 = Class.forName("reflectdemo1.Student");
            Student student = (Student)c1.newInstance();
            Field field = c1.getDeclaredField("name");
            field.setAccessible(true);;
            field.set(student,"zhangsan");
            System.out.println(student);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void reflectPrivateMethod() {
        try {
            Class<?> c1 = Class.forName("reflectdemo1.Student");
            Student student = (Student)c1.newInstance();
            Method method = c1.getDeclaredMethod("function", String.class);
            method.setAccessible(true);
            method.invoke(student,"私有方法参数");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

反射的优缺点

优点

1. 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。

2. 增加程序的灵活性和扩展性，降低耦合性，提高自适应能力

3. 反射已经运用在了很多流行框架如：Struts、Hibernate、Spring 等等。

缺点

1. 使用反射会有效率问题。会导致程序效率降低。

2. 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

背景及定义

枚举是在JDK1.5以后引入的。主要用途是：将一组常量组织起来，在这之前表示一组常量通常使用定义常量的方式：

public static int final RED = 1;
public static int final GREEN = 2;
public static int final BLACK = 3;

但是常量举例有不好的地方，例如：可能碰巧有个数字1，但是他有可能误会为是RED，现在我们可以直接用枚举来进行组织，这样一来，就拥有了类型，枚举类型。而不是普通的整形1.

public enum TestEnum {
    RED,BLACK,GREEN;
}

优点：将常量组织起来统一进行管理

场景：错误状态码，消息类型，颜色的划分，状态机等等…

本质：是java.lang.Enum的子类，也就是说，自己写的枚举类，就算没有显示的继承Enum，但是其默认继承了这个类。

常用方法

Enum类常用方法

方法名称	描述
values()	以数组形式返回枚举类型的所有成员
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
compareTo()	比较两个枚举成员在定义时的顺序

示例代码

public enum TestEnum {
    RED("red",1),BLACK("black",3),GREEN("green",8),WHITE("white",2);

    public String color;
    public int ordinal;

    TestEnum(String color, int ordinal) {
        this.color = color;
        this.ordinal = ordinal;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TestEnum[] testEnum = TestEnum.values();
        for (int i = 0; i < testEnum.length; i++) {
            System.out.println(testEnum[i] + "->" + testEnum[i].ordinal());
        }

        TestEnum testEnum1 = TestEnum.valueOf("RED");
        System.out.println(testEnum1);
        System.out.println(RED.compareTo(GREEN));
        System.out.println(BLACK.compareTo(RED));
    }
}

执行结果为：

注意：枚举的构造方法默认是私有的

枚举优缺点

优点

1. 枚举常量更简单安全 。

2. 枚举具有内置方法 ，代码更优雅。

3. 枚举可以避免反射和序列化问题。

缺点

1. 不可继承，无法扩展

Lambda表达式

背景

Lambda表达式是Java SE 8中一个重要的新特性。lambda表达式允许你通过表达式来代替功能接口。 lambda表达式就和方法一样,它提供了一个正常的参数列表和一个使用这些参数的主体(body,可以是一个表达式或一个代码块)。 Lambda表达式（Lambda expression）可以看作是一个匿名函数，基于数学中的λ演算得名，也可称为闭包（Closure）。

语法

基本语法: (parameters) -> expression 或 (parameters) ->{ statements; }

Lambda表达式由三部分组成：

1. paramaters：类似方法中的形参列表，这里的参数是函数式接口里的参数。这里的参数类型可以明确的声明也可不声明而由JVM隐含的推断。另外当只有一个推断类型时可以省略掉圆括号。

2. ->：可理解为“被用于”的意思。

3. 方法体：可以是表达式也可以代码块，是函数式接口里方法的实现。代码块可返回一个值或者什么都不返回，这里的代码块块等同于方法的方法体。如果是表达式，也可以返回一个值或者什么都不反回。

示例代码

//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
    
//接受2个参数(数字),并返回他们的和 
(x, y) -> x + y
    
//接收2个int型整数,返回他们的乘积 
(int x, int y) -> x * y
    
//接受一个 string 对象,并在控制台打印,不返回任何值(看起来像是返回void) 
(String s) -> System.out.print(s)

函数式接口

定义

函数式接口定义：一个接口有且只有一个抽象方法 。

注意：

1. 如果一个接口只有一个抽象方法，那么该接口就是一个函数式接口。

2. 如果我们在某个接口上声明了 @FunctionalInterface 注解，那么编译器就会按照函数式接口的定义来要求该接口，这样如果有两个抽象方法，程序编译就会报错的。所以，从某种意义上来说，只要你保证你的接口中只有一个抽象方法，你可以不加这个注解。加上就会自动进行检测的。

例如：

@FunctionalInterface 
interface NoParameterNoReturn { 
    //注意：只能有一个方法 
    void test(); 
}

基本使用

示例代码

@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {
    void test();
}

@FunctionalInterface
interface OneParameterNoReturn {
    void test(int a);
}

@FunctionalInterface
interface MoreParameterNoReturn {
    void test(int a, int b);
}

@FunctionalInterface
interface NoParameterReturn {
    int test();
}

@FunctionalInterface
interface OneParameterReturn {
    int test(int a);
}

@FunctionalInterface
interface MoreParameterReturn {
    int test(int a, int b);
}

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        NoParameterNoReturn parameterNoReturn = new NoParameterNoReturn() {
            @Override
            public void test() {
                System.out.println("重写方法");
            }
        };
        parameterNoReturn.test();

        NoParameterNoReturn parameterNoReturn1 = () -> System.out.println("重写方法1");
        parameterNoReturn1.test();

        OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn = (a) -> {
            System.out.println(a);
        };
        oneParameterNoReturn.test(10);
        OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn1 = (a) -> System.out.println(a);
        oneParameterNoReturn.test(10);
        MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = (a,b) -> {
            System.out.println(a+b);
        };
        moreParameterNoReturn.test(10,20);
        System.out.println("============================");
        NoParameterReturn noParameterReturn = () -> {
            return 10;
        };
        System.out.println(noParameterReturn.test());
        NoParameterReturn noParameterReturn1 = () -> 10;
        System.out.println(noParameterReturn1.test());
        OneParameterReturn oneParameterReturn = (a) -> a;
        System.out.println(oneParameterReturn.test(10));
        MoreParameterReturn moreParameterReturn = (a,b) -> a+b;
        System.out.println(moreParameterReturn.test(10,20));
    }
}

执行结果为：

变量捕获

Lambda 表达式中存在变量捕获 ，了解了变量捕获之后，我们才能更好的理解Lambda 表达式的作用域 。Java当中的匿名类中，会存在变量捕获。

示例代码

class Test {
    public void func() {
        System.out.println("func()");
    }
}

public class TestDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 100;
        new Test() {
            @Override
            public void func() {
                System.out.println("重写方法");
                System.out.println("捕获变量" + a);
            }
        }.func();
    }
}

执行结果为

在上述代码当中的变量a就是捕获的变量。这个变量要么是被final修饰，如果不是被final修饰的那么在使用之前，是没有被修改，否则就会报错。

Lambda在集合中的使用

为了能够让Lambda和Java的集合类集更好的一起使用，集合当中也新增了部分接口，以便与Lambda表达式对接。

对应的接口	新增的方法
Collection	removeIf() spliterator() stream parallelStream foreach()
List	replaceAll() sort()
Map	getOrDefault() foreach() replaceAll() putIfAbsent remove() replace() computeIfAbsent() computeIfPresent() compute() merge()

Collection接口

示例代码

public static void main(String[] args) {
    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("Hello");
    list.add("word");
    list.add("hello");
    list.add("lambda");
    list.forEach((String s) -> System.out.print(s + " "));
}

执行结果为：

List接口

示例代码

public static void main(String[] args) {
    ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("Hello");
    list.add("word");
    list.add("hello");
    list.add("lambda");
    list.sort((str1,str2) -> str1.length()-str2.length());
    System.out.println(list);
}

Map接口

示例代码

public static void main(String[] args) {
    HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
    map.put(1,"hello");
    map.put(2,"bit");
    map.put(3,"hello");
    map.put(4,"lambda");
    map.forEach((k,v) -> System.out.println(k+" "+v));
}

执行结果为

Lambda表达式的优缺点

优点

1. 代码简洁，开发迅速

2. 方便函数式编程

3. 非常容易进行并行计算

4. Java 引入 Lambda，改善了集合操作

缺点

1. 代码可读性变差

2. 在非并行计算中，很多计算未必有传统的 for 性能要高

3. 不容易进行调试

结尾

本篇博客到此结束。
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