注解与反射的学习

java中的注解和反射学习

1.注解

1.Annotation是JDK5.0引入的新技术

2.作用

• 不是程序本身，可以对程序作出一些解释（这一点和注释（comment）没什么区别）
• 可以被其他程序（如编译器）读取
  

3.Annotation的格式：

• 以“@注释名”在代码中存在，还可以添加一些参数值，例如@SuppressWarnings(value="unchecked")
  

4.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
  

5.三个常见注解，以下是代码示例

package com.kuang.annotation;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Test01 extends Object{
    @Override//重写方法注解
    public String toString(){
        return super.toString();
    }
    @Deprecated //此注解表示不推荐使用注解所在的方法
    public static void test(){
        System.out.println("De");
    }
    @SuppressWarnings("all")//抑制警告信息
    public void test02(){
        List<Object> list = new ArrayList<>();
    }
    public static void main(String[] args) {
        test();
    }
}

2.元注解

元注解的作用是负责注解其他的注解，java定义了4个标准的meta-annotation类型，他们被用来提供对其他annotation类型作说明。

这些类型和他们所支持的类在java.lang.annotation包中可以找到（@Target,@Retention,@Documented,@Inherited)

• @Target:用于描述注解的使用范围（即被描述的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)
• @Document: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

以下是一个小demo

package com.kuang.annotation;
import java.lang.annotation.*;
//测试元注解
@MyAnnotation
public class Test02 {
    public void test(){}
}
//定义一个注解
//Target表示我们的注解可以用在哪些地方
@Target(value = {ElementType.METHOD,ElementType.TYPE})
//Retention表示我们的注解在什么地方还有效
@Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
//Documented表示是否将注解生成到javadoc中
@Documented
//Inherited 子类可以继承父类的注解
@Inherited
@interface MyAnnotation{
}

3.自定义注解

以下是自定义注解的一个小demo，实际上还是围绕着4个元注解进行使用

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
//自定义注解
public class Test03 {
    //注解可以显式赋值，若没有默认值则必须赋值
    @MyAnnotation2()
    public void test(){
    }

    @MyAnnotation3("hgg")
    public void test2(){
    }
}

@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface MyAnnotation2{
    //注解的参数：参数类型+参数名（）；并不是方法
    String name() default "";
    int age() default 0;
    int id() default -1;//如果默认值为-1代表不存在

    String[] schools() default {"xibu","qinghua"};
}
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface MyAnnotation3{
    //若注解只有一个参数并且不想在注解内部进行参数赋值，那么参数名字的定义一定要是value
    String value();
}

4.反射机制（重点）

动态语言：在运行时可以改变结构的语言：例如新的函数、对象、甚至代码引进，已有的函数可以被删除
或是其他结构上的变化。通俗点说就是在运行时代码可以根据某些条件改变自身结构。主要的语言有：
Object-C、JavaScript、PHP、Python等

静态语言：与动态语言相对应，运行时结构不可变，如Java、C、C++。不过java可以称之为准动态语言
即可以利用反射机制获得类似动态语言的特性

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间借助与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与方法。
如 Class c=Class.forName("java.lang.String")

加载完类之后，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，如一面镜子，透过这个镜子掌握类的信息。
故称之为反射。

正常的方式：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

反射的好处：实现动态创建对象和编译，体现很大的灵活性。

反射的缺点：对性能有影响。反射是一种解释操作，我们可以告诉JVM，我们希望做什么并且让它满足我们的要求，
这类操作总是慢于直接执行。（比如new 和通过反射创建对象，就会有明显的性能差异）

以下是反射的一个小demo

package com.kuang.reflection;
//反射
public class Test02 extends Object{
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //通过反射获取类的Class对象
        Class c1 = Class.forName("com.kuang.reflection.User");
        System.out.println(c1);
        Class c2 = Class.forName("com.kuang.reflection.User");
        Class c3 = Class.forName("com.kuang.reflection.User");
        Class c4 = Class.forName("com.kuang.reflection.User");
        //以下的hashCode相同，因为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
class User{
    private String name;
    private int id;
    private int age;
    public User() {
    }
    public User(String name, int id, int age) {
        this.name = name;
        this.id = id;
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", id=" + id +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        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;
    }
}

5.Class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都为其保留了一个不变的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
• 一个加载的类在JVM中只有一个Class实例
• 一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件
• 每个类的实例都会记得自己是由哪个Class实例所生成
• 通过Class可以完整得到一个类中的所有被加载的结构
• Class类是Reflection的根源，针对任何想动态加载、运行的类，都需要先获得相应的Class对象

以下是Class的几种获取方式的demo：

package com.kuang.reflection;

//测试Class类的创建方式有哪些
public class Test03 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Person person = new Student();
        System.out.println("这人是："+person.name);
        //方式一：通过对象获得
        Class c1=person.getClass();
        System.out.println(c1.hashCode());
        //方式二：forname获得
        Class c2=Class.forName("com.kuang.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(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
class Student extends Person{
    public Student() {
        super("学生");
    }
}
class Teacher extends Person{
    public Teacher() {
        super("老师");
    }
}

6.java内存机制

堆：存放new的对象和数组、可以被所有线程共享，不会存放别的对象引用

栈：存放基本变量类型（包含这个基本类型的具体数值），引用对象的变量（会存放这个引用在堆里的具体地址）

方法区：可以被所有线程共享，包含了所有的class和static变量

类的加载过程与ClassLoader：当程序主动使用某个类时，若该类还未被加载到内存中，则系统
会通过三个步骤来对该类初始化
1.加载：将类的class文件（字节码）读入内存，并为之创建一个java.lang.Class对象，此过程由类加载器完成。

2.链接：将类的二进制数据合并到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。

3.初始化：JVM负责对类进行初始化。

• 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，若发现其父类还没有初始化，则需要现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。

7.类的初始化（什么时候类会初始化）

主动引用（一定会发生类的初始化）：

• 当虚拟机启动，现初始化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，若其父类没有被初始化，则会先初始化它的父类

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（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中）

package com.kuang.reflection;

//测试类什么时候会初始化
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();
        //反射也会产生主动引用,但资源消耗严重
//        Class<?> aClass = Class.forName("com.kuang.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;
}

8.类加载器的作用

类加载的作用：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的数据结构，然后在堆中生成一个
代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口。

类缓存：标准的javaSE类加载器可以按要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器中，它将维持加载（缓存）一段时间。
不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象。

JVM规范定义了如下类型的类加载器

• 引导类加载器：C++编写，JVM自带的类加载器，负责java平台核心库，用来装载核心类库，该加载器无法直接获取
• 扩展类加载器：负责jre/lib/ext目录下的jar包或-D java.ext.dirs指定目录下的jar包装入工作库
• 系统类加载器：负责java -classpath 或-D java.class.path所指的目录下的类与jar包装入工作，是最常用的加载器
• 底层为系统类加载器，顶层是引导类加载器，加载器是自底向上检查类是否装载，自顶向下尝试加载类

package com.kuang.reflection;

public class Test07 {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //系统类加载器
        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即根加载器（C/C++),会打印null值
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);

        //测试当前类是哪个加载器加载的
        ClassLoader classLoader = Class.forName("com.kuang.reflection.Test07").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        //测试jdk内部类由谁加载，会打印null值
        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"));

    }

}

9.创建运行时类的对象

获取运行时类的完整结构（如方法、接口等等）
以下是一个demo，展示了一些常用反射方法

package com.kuang.reflection;

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

//获取类的信息
public class Test08 {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
        Class c1 = Class.forName("com.kuang.reflection.User");
        //获取类的名字
        System.out.println(c1.getName()); //包名+类名
        System.out.println(c1.getSimpleName()); //类名

        //获得类的属性
        Field[] fields = c1.getFields(); //只能找到public属性

        fields = c1.getDeclaredFields(); //找到全部的属性
        for (Field field:fields)
            System.out.println(field);

        //获得指定属性的值
        Field name = c1.getDeclaredField("name");
        System.out.println(name);

        //获得类的方法
        Method[] methods = c1.getMethods(); //获得奔雷及其父类的全部public方法
        for (Method method:methods) {
            System.out.println("public："+method);
        }

        methods=c1.getDeclaredMethods(); //获得本类的所有方法包括私有
        for (Method method:  methods) {
            System.out.println("所有方法："+method);
        }


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

        Constructor[] constructors = c1.getConstructors();
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println(constructor);
        }
        
        constructors=c1.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println(constructor);
        }
        System.out.println("==========");

        //获取指定构造器
        Constructor declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class,int.class);
        System.out.println("指定的构造器"+declaredConstructor);
        
    }
}

10.有了Class对象可以做什么

创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法

• 类必须有一个无参构造器
• 类的构造器的访问权限需要足够

若一个类没有无参构造，是否就不能创建对象了？其实只要在操作时明确调用类的构造器，并将
参数传递，也可以实例化。具体步骤：

• 通过Class类的getDeclaredConstructor(Class ... parameterTypes)取得本类的指定有参构造
• 向有参构造传递一个对象数组，里面包含了构造器所需的各个参数
• 通过Constructor实例化对象
• 通过反射调用类中的方法，是通过Method类完成。通过Class类的getMethod(...)方法取得一个Method对象并设置此方法操作时所需要的参数类型
• 之后使用Object invoke(...)进行调用，并向方法中传入参数信息。这里注意与setAccessible()结合使用。

package com.kuang.reflection;

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

//动态创建对象，通过反射
public class Test09 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        //获得class对象
        Class c1 = Class.forName("com.kuang.reflection.User");
        //构造一个对象
//        User user = (User) c1.newInstance(); //本质是调用无参构造
//        System.out.println(user);
        //通过有参构造器创建对象
//        Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
//        User user2 = (User) constructor.newInstance("hgg", 01, 20);
//        System.out.println(user2);
        //通过反射调用普通方法
        User user3 = (User) c1.newInstance();
        //通过反射获取一个方法
        Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
        setName.invoke(user3,"hgg"); //invoke是激活的意思
        System.out.println(user3.getName());
        //通过反射操作属性
        System.out.println("+++++++++++++++++");
        User user4 = (User) c1.newInstance();
        Field name = c1.getDeclaredField("name");
        name.setAccessible(true); //设置为 true，那么所有私有属性都会失去私有权限，就可以直接操作属性，这行代码就是关闭属性的安全检测
        name.set(user4,"hgg888"); //如果没有上一行代码，直接使用这行代码会保存，因为name是private属性
        System.out.println(user4.getName());

    }
}

11.不用反射、使用反射、使用反射并关闭权限检测对性能有极大影响

以下demo的结果，直接new 的性能是最快的，其次是使用反射并且关闭权限检测，最慢的是直接使用反射

package com.kuang.reflection;

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

//测试不同实例化对象的性能
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 < 10000000; i++)
            User.getName();

        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("普通方法执行1千万次"+(endTime-startTime));

    }

    //反射方式调用
    public static void test02() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        User user=new User();

        Class c1 = user.getClass();
        Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);

        long startTime=System.currentTimeMillis();

        for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            getName.invoke(user,null);

        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射调用方法执行1千万次"+(endTime-startTime));
    }

    //反射方式调用,关闭权限检测
    public static void test03() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        User user=new User();
        Class c1 = user.getClass();

        Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
        getName.setAccessible(true);

        long startTime=System.currentTimeMillis();

        for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            getName.invoke(user,null);

        long endTime=System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射调用关闭权限方法执行1千万次"+(endTime-startTime));
    }

    public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException {
        test01();
        test02();
        test03();
    }

}

12.反射操作泛型(了解即可，因为有点复杂，我自己还是没怎么明白)

java采用泛型擦除机制引入泛型，java中的泛型仅仅是给编译器javac使用的，确保数据
的安全性和免去强制类型转换问题，但是一旦编译完成，所有和泛型有关的类型全部擦除

为了通过反射操作这种类型，java新增了parameterizedType，GenericArrayType，
TypeVariable和WildcardType 几种类型来代表不能被归一到Class类中的类型但是又和原始类型
齐名的类型。

• parameterizedType：表示一种参数化类型比如Collection
• GenericArrayType；表示一种元素类型是参数化类型或者类型变量的数组类型
• TypeVariable：是各种类型变量的公共父接口
• WildcardType：代表一种通配符类型表达式

以下是一个小demo

package com.kuang.reflection;
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 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 NoSuchMethodException {
        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);
            }
        }
    }
}

13.反射操作注解

ORM: 全称Object relationship Mapping ->对象关系映射，比如类和表结构对应，属性和字段对应，对象和记录对应

要求：利用注解和反射完成类和表结构的映射关系

以下是一个小demo

package com.kuang.reflection;


import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.Field;

//练习反射操作注解
public class Test12 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {

        Class c1 = Class.forName("com.kuang.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("name");
        Fieldkuang annotation = f.getAnnotation(Fieldkuang.class);
        System.out.println(annotation.columnName());
        System.out.println(annotation.type());
        System.out.println(annotation.length());


    }

}

@Tablekuang("db_student")
class Student2{
    @Fieldkuang(columnName = "db_id",type = "int ",length = 10)
    private int id;

    @Fieldkuang(columnName = "db_age",type = "int ",length = 10)
    private int age;

    @Fieldkuang(columnName = "db_name",type = "varchar ",length = 3)
    private String name;

    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;
    }

    public Student2() {
    }
}


//类名的注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Tablekuang{
    String value();
}

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

}

14.总结