注解与反射

一、注解(Annotation)

1、什么是注解

  • Annotation的作用
    • 不是程序本身,可以对程序做出解释
    • 可以被其他程序(比如:编译器等)读取
  • 格式:注解是以”@注释名”在代码中存在的,还可以添加一些参数值,例如@suppressWarnings(value=”unchecked”).
  • 在哪里使用 : 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,我们可以通过反射机制编程实现对这些元数据的访问。

2、内置注解

  • @Override:定义在 java.lang.Override 中,此注解只适用于修饰方法,表示一个方法声明打算重写超类中的另一个方法声明

  • @Deprecated:定义在 java.lang.Deprecated中,此注释可以用于修辞方法,属性,类,表示不鼓励程序员使用这样的元素,通常因为它很危险或者存在更好的选择

  • @SuppressWarnings

    • 定义在java.lang.SuppressWarnings中,用来镇压编译时的警告信息.

    • 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,选择性的使用

    • @SuppressWarnings(“all”)

    • @SuppressWarnings(“unchecked”)

    • @SuppressWarnings(value=(“unchecked”,”deprecation”)) 等

3、元注解

  • 元注解的作用就是负责注解其他注解,Java定义了4个标准的meta-annotation,他们被用来提供对其他annotation类型做说明。

  • 这些类型和他们支持的类在 java.lang.annotation 包中找到。(@Target,@Retention,@Documented,@Inherited)

    • @Target:用于描述注解的使用范围(即:该注解可以用在什么地方)

    • @Retention:表示需要在什么级别保存该注释信息,用于描述注解的生命周期

      (SOURCE < CLASS < RUNTIME)

    • @Documented: 说明该注解将被包含在javadoc中

    • @Inherited:说明子类可以继承父类中的该注解

4、自定义注解

  • 使用 @interface自定义注解时,自动继承了java.lang.annotation.Annotation接口

  • 分析

    • @interface用来申明一个注解,格式:public @interface 注解名
    • 其中的每一个”方法“实际上是声明了一个配置参数
    • ”方法“的名称就是参数的名称
    • 返回值类型就是参数的类型(返回值只能是基本类型、class、String、enum)
    • 可以通过default来声明参数的默认值
    • 如果只有一个参数成员,一般参数名为value
    • 注解参数必须要有值,我们定义注解参数时,经常使用空字符串,0作为默认值。
    public class test {
        public static void main(String[] args) {}
    
        //注解可以显式赋值,如果没有默认值,我们就必须给注解赋值
        @Myannotation1( schools = {"山理工","北方工大"} )
        public void test01(){}
    
        //只有当参数名为value且只有一个参数时,赋值是能够省略参数名。
        @Myannotation3("value的值")
        public void test02(){}
    }
    
    @Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @interface Myannotation1{
        //注解的参数: 参数类型 + 参数名();
        String name1() default "csb";
        int age() default 23;
        int id() default -1;  // 默认值为-1代表不存在
        String[] schools() default {"qqq","www"};
    }
    
    @Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @interface Myannotation3{
        String value();
    }
    

二、反射 Reflection

1、静态 VS 动态语言

  • 动态语言
    • 是一类在运行时可以改变其结构的语言:例如新的函数、对象、甚至代码可以被引进,已有的函数可以被删除或是其他结构上的变化。通俗点就是在运行时代码可以根据某些条件改变自身结构
    • 主要动态语言:Object-C,C#,JavaScript, PHP, python等
  • 静态语言
    • 与动态语言相对应的,运行时结构不可变的语言就是静态语言。如Java、C、C++。
    • Java可以称之为”准动态语言”。即Java有一定的动态性,可以利用反射机制获得类似于动态语言的特性。Java的动态性让编程的时候更加灵活!

2、Java Reflection

  • Reflection(反射)是 Java 被视为动态语言的关键,反射机制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(包括private)

    Class c = Class.forName("java.lang.String")

  • 加载完类以后,在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象(一个类只有一个Class对象),这个对象就包含了完整的类的结构信息。我们可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像是一面镜子,通过这个镜子看到类的结构,所以我们形象地称之为:反射

    正常方式:引入需要的”包类”名称 -> 通过new 实例化 -> 取得实例化对象

    反射方式:实例化对象 -> getClass方法 -> 得到完整的 “包类” 名称

  • 反射机制提供的功能:

    • 在运行时判断任意一个对象所属的类
    • 在运行时构造任意一个类的对象
    • 在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
    • 在运行时获取泛型信息
    • 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
    • 在运行时处理注解
    • 生成动态代理
    • . . .
  • 反射优点和缺点

    • 优点: 可以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,我们告诉JVM我们的需求,这类操作总是慢于直接执行相同的操作

package com.chen.reflection;

//什么叫反射
public class test01 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //通过反射获得类的 Class 对象
        Class c1 = Class.forName("com.chen.reflection.User");
        System.out.println(c1);
        Class c2 = Class.forName("com.chen.reflection.User");
        Class c3 = Class.forName("com.chen.reflection.User");
        Class c4 = Class.forName("com.chen.reflection.User");
        //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。
        System.out.println(c2.hashCode());
        System.out.println(c3.hashCode());
        System.out.println(c4.hashCode());
    }
}
// 实体类 : 只有属性
class User{
    private String name;
    private int age;
    private int id;
    public User(){}
    public User(String name, int age, int id) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.id = id;
    }
    public int getId() {
        return id;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }
}

3、Class类

  • Class类本身是一个描述类的类
  • 对象照镜子后可以得到的信息:某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。对于每个类而言, JRE 都为其保留一个不变的 Class 类型的对象。一个 Class 对象包含了特定某个结构(class/interface/enum/annotation/primitive type/void/ [ ])的有关信息。
  • Class 本身也是一个类 ,
  • Class 对象只能由系统建立对象
  • 一个加载的类在 JVM 中只会有一个 Class 对象
  • 一个 Class 对象对应的是一个加载到 JVM 中的一个.class 文件
  • 每个类的对象都会记得自己是由哪个 Class 对象所生成
  • 通过 Class对象可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构
  • Class 类是 Reflection 的根源,针对任何你想动态加载、运行的类,唯有先获得相应的Class对象

4、获取 Class 类的实例

  • 若已知具体的类,通过类的 class 属性获取,该方法最为安全可靠,程序性能最高。

    Class clazz = Person.class;
    
  • 已知某个类的实例,调用该实例的getClass()方法获取Class对象

    Class clazz = person.getClass();
    
  • 已知一个类的全类名,且该类在类路径下,可以通过Class类的静态方法forName() 获取,可能抛出 ClassNotFoundException

    Class clazz = Class.forName("com.chen.reflection.User");
    
  • 内置基本数据类型可以直接用 类名.Type

  • 还可以利用 ClassLoader

package com.chen.reflection;

public class test02 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Person person = new Student();
        System.out.println("这个是" + person.name);
        //方法一:通过对象获得 Student类的Class
        Class c1 = person.getClass();
        System.out.println(c1.hashCode());
        //方法二:forName  获得 Student类的Class
        Class c2 = Class.forName("com.chen.reflection.Student");
        System.out.println(c2.hashCode());
        //方法三:通过类名.class获得 Student类的Class
        Class c3 = Student.class;
        System.out.println(c3.hashCode());
        //方法四:基本内置类型的包装类都有一个Type属性
        // Integer类型的Class对象  -->  int
        Class c4 = Integer.TYPE;
        System.out.println(c4);
        //获得父类的Class对象
        Class c5 = c1.getSuperclass();
        System.out.println(c5);
    }
}
class Person{
    public String name;
    public int age;
    public Person() {
    }
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

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

5、所有类型的 Class 对象

public class test03 {
    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
        Class c8 = int.class;
        Class c9 = void.class;
        Class c10 = Class.class;

        System.out.println(c1);
        System.out.println(c2);
        System.out.println(c3);
        System.out.println(c4);
        System.out.println(c5);
        System.out.println(c6);
        System.out.println(c7);
        System.out.println(c8);
        System.out.println(c9);
        System.out.println(c10);

        //只要元素类型和维度一样,就是同一个Class
        int[] a = new int[10];
        int[] b = new int[100];
        System.out.println(a.getClass().hashCode());
        System.out.println(b.getClass().hashCode());
    }
}
------执行结果--------
class java.lang.Object
interface java.lang.Comparable
class [Ljava.lang.String;
class [[I
interface java.lang.Override
class java.lang.annotation.ElementType
class java.lang.Integer
int
void
class java.lang.Class
1956725890
1956725890

6、类加载内存分析

类的加载和ClassLoader的理解

  • 加载: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:将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。
    • 验证:确保加载的类信息符合JVM规范,没有安全方面的问题
    • 准备:正式为类变量(static)分配内存并设置类变量默认初始值的阶段,这些内存都将在方法区中进行分配。
    • 解析:虚拟机常量池内的符号引用(常量名)替换为直接引用(地址)的过程。
  • 初始化:
    • 执行类构造器()方法的过程。类构造器()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的(类构造器是构造类信息的,不是构造该类对象的构造器)。
    • 当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行初始化,则需要先触发其父类的初始化
    • 虚拟机会保证一个类的()方法在多线程环境中被正确加锁和同步
public class test04 {
    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
         *      <clinit>(){
         *              system.out.println("A类静态代码块初始化");
         *              m=300;
         *              m=100
         *      }
         *      <clinit>()方法执行完之后 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类无参构造函数初始化");
    }
}
-------执行结果---------
A类静态代码块初始化
A类无参构造函数初始化
100

7、什么情况会发生类的初始化

  • 类的主动引用(一定会发生类的初始化)
    • 当虚拟机启动,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(除了final常量)和静态方法
    • 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
    • 当初始化一个类,如果其父类没有被初始化,则先初始化他的父类
  • 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被初始化。如:当通过子类引用父类的静态变量,不会导致子类初始化
    • 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(常量在连接阶段就存入调用类的常量池中了)
// 测试类什么情况会初始化
public class test06 {

    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();
        //2、通过反射引用
   // Class c1 = Class.forName("com.chen.reflection.Son");
        //3、调用类的静态成员和静态方法
       // System.out.println(Son.m);
        /**
         * 被动引用
         */
        //当通过子类引用父类的静态变量,不会导致子类初始化
       // System.out.println(Son.b);
        //通过数组定义类引用,不会触发此类的初始化
      //  Son[] sons = new Son[100];
        //引用常量不会触发此类的初始化(常量在连接阶段就存入类的常量池中了)
       // 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;
    public final static int M = 1;
}
public class test05 {
    public static void main(String[] args) {
        Son son = new Son();
    }
}

class Father{
    public Father() {
        System.out.println("父类的构造器");
    }
}
class Son extends Father{
    public Son() {
        System.out.println("子类的构造器");
    }
}
-------执行结果------
父类的构造器
子类的构造器

8、类加载器的作用

package com.chen.reflection;
public class test07 {
    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-->拓展加载器
        ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(parent);
        //获取拓展加载器的父类加载器-->根加载器(C/C++)
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);

        //获取当前类是哪个加载器加载的 (系统加载器)
        ClassLoader classLoader = Class.forName("com.chen.reflection.test07").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);
        //如何获取系统类加载器可以加载的路径
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
    }
}

9、获取运行时类的完整结构

package com.chen.reflection;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
//获得类的信息
public class test008 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
        Class c1 = Class.forName("com.chen.reflection.User");
        //User user = new User();
        //c1= user.getClass();
        //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
        System.out.println("========================");
        Field[] fields = c1.getFields(); // 只能找到public属性
        for (Field field : fields) {
            System.out.println(field);
        }
        fields = c1.getDeclaredFields();//能够找到全部的属性
        for (Field field : fields) {
            System.out.println(field);
        }
        //获得指定属性
        Field name = c1.getDeclaredField("name");
        System.out.println(name);  // toString()打印
        System.out.println("========================");
        //获得类的方法
        Method[] methods = c1.getMethods(); //获得本类及其父类的全部public方法
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method);
        }
        methods = c1.getDeclaredMethods(); //获得本类的全部方法
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method);
        }
        System.out.println("================");
        //获得指定方法
        //因为方法重载所以需要指定参数类型
        Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
        System.out.println(getName);
        Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
        System.out.println(setName);
        //获得构造器
        System.out.println("======================================");
        Constructor[] constructors = c1.getConstructors(); // 本类的public构造器
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println(constructor);
        }
        System.out.println("++++++++++++++");
        constructors = c1.getDeclaredConstructors(); //本类的全部构造器
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println(constructor);
        }
        System.out.println("-------------------");
        //获得指定的构造器
        Constructor declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
        System.out.println(declaredConstructor);
        Constructor declaredConstructor1 = c1.getDeclaredConstructor(null);
        System.out.println(declaredConstructor1);
    }
}

10、动态创建对象与执行方法

  • 通过类的Class对象创建类的对象:调用Class对象的newInstance() 方法

    • 类必须有一个无参数的构造器
    • 类的构造器的访问权限需要足够
  • 思考:难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗?只有在操作的时候明确的调用类中的构造器并将参数传递进去之后,才可以实例化操作

  • 步骤:

    • 通过Class类的getDeclaredConstructor()取得本类的指定形参类型的构造器
    • 向构造器的形参中传递一个对象数组进去,里面包含了构造器中所需的各个参数
    • 通过Constructor实例化对象
// 通过反射动态创建对象
public class test09 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        //获取Class对象
        Class c1 = Class.forName("com.chen.reflection.User");
        //构造一个对象
        User user = (User)c1.newInstance(); //本质是调用了类的无参构造器,返回Object类型
        System.out.println(user.toString());
        //通过构造器创建对象
        Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
        User user1 = (User) constructor.newInstance("csb", 001, 24);
        System.out.println(user1);

        //通过反射调用普通方法
        User user2 = (User)c1.newInstance();
        Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
                  // (对象,"方法的值")
        setName.invoke(user2,"狂神"); // 激活
        System.out.println(user2.getName());

        System.out.println("==========================");

        //通过反射操作属性
        User user3 = (User)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:属性或方法的setAccessible(true)
        name.setAccessible(true);
        name.set(user3, "狂神2");
        System.out.println(user3.getName());
    }
}
  • Method和Filed、Constructor对象都有setAccessible()方法
  • setAccessible()作用是启动和禁用访问安全检查的开关
  • 参数值为true则表示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查
    • 提高反射的效率。如果代码中必须用反射,而这句代码需要频繁的被调用,那么请设置为true
    • 使得原本无法访问的私有变量也可以访问
  • 参数值为false(默认是false)则表示反射的对象在使用时应该实施Java语言访问检查

11、性能对比

public class test10 {

    // 普通方式调用
    public static void test01(){
        User user = new User();
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
            user.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 Exception {
        User user = new User();
        Class c1 = user.getClass();
        Method getName = c1.getMethod("getName",null);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
            getName.invoke(user,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 Exception {
        User user = new User();
        Class c1 = user.getClass();
        Method getName = c1.getMethod("getName",null);
        getName.setAccessible(true);
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
            getName.invoke(user,null);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射方式关闭检测执行:"+(endTime-startTime)+"ms");
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        test01();
        test02();
        test03();
    }
}

11、反射操作泛型

// 通过反射获取泛型
public class test11 {

    public void test01(Map<String,User> map, List<User> list){
        System.out.println("test01");
    }

    public Map<String,User> test02(){
        System.out.println("test02");
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Method method = test11.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 = test11.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);
            }
        }
    }
}

12、反射操作注解

getAnnotations

getAnnotation

// 反射操作注解
public class test13 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
        Class c1 = Class.forName("com.chen.reflection.Student2");
       
        // 通过反射获得注解
        Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations) {
            System.out.println(annotation);
        }
        // 获得注解的Value的值
        Tablekuang tablekuang = (Tablekuang) c1.getAnnotation(Tablekuang.class);
        String value = tablekuang.value();
        System.out.println(value);
        // 获得类指定的注解
        Field f = c1.getDeclaredField("id");
        Fieldkuang annotation = f.getAnnotation(Fieldkuang.class);
        System.out.println(annotation.columnName());
        System.out.println(annotation.type());
        System.out.println(annotation.lenth());
    }
}
@Tablekuang("db_student")  // 数据库中的学生表名
class Student2{
    @Fieldkuang(columnName = "db_id",type = "int",lenth = 10)
    private int id;  //  id这个属性的列名、类型和长度
    @Fieldkuang(columnName = "db_age",type = "int",lenth = 10)
    private int age;
    @Fieldkuang(columnName = "db_name",type = "varchar",lenth = 3)
    private String name;

    public Student2() {
    }
    public Student2(int id, int age, String name) {
        this.id = id;
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Student2{" +
                "id=" + id +
                ", age=" + age +
                ", 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;
    }
}
// 类名的注解
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.TYPE})
@interface Tablekuang{
    String value();
}
// 属性的注解
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.FIELD})
@interface Fieldkuang{
    String columnName();
    String type();
    int lenth();
}
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