Java注解和反射笔记
1 注解
1.1 定义
Annotation是从JDK1.5开始引入的技术
作用
- 不是程序本身，可以对程序作出解释
- 可以被其他程序（编译器等）读取
格式
- @注释名，可以添加一些数值
- 注解可以附加在package，class，method，field上面，可以通过反射机制实现对这些元数据的访问
1.2 内置注解
- @Override：定义在java.lang.Override中，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，可以修饰方法，属性，类，表示不建议使用这样的元素，有更好的选择
- @SuppressWarnings：定义在java.lang.SuppressWarnings中，用来抑制编译时的警告信息
1.3 元注解
元注解的作用是负责注解其他注解，Java定义了4个标注的meta-annotation类型
- @Target：用于描述注解的使用范围（类，方法，属性等）
- @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
1.4 自定义注解
- 使用@interface自定义注解，自动继承java.lang.annotation.Annotation接口
- 其中的每个方法实际上是声明了配置参数，方法的名称就是参数的名称，返回值的类型就是参数的类型
- 用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，且定义为value后，使用时可以省略参数名value，直接写值
@Target(value = {ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
public @interface MyAnnotation {
//注解的参数：参数类型+参数名()
String name() default ""; //默认为空
int age() default 0;
int id() default -1; //默认值为-1，代表不存在
String[] jobs();
}
2 静态语言和动态语言
- 动态语言
- 在运行时可以改变其结构，新的函数、对象、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
- Object-C，C#，JavaScript，PHP，Python
- 静态语言
- 运行时结构不可改变
- C，C++，Java
Java不是动态语言，但是可以利用反射机制获得类似动态语言的特性
3 反射
3.1 概述
反射机制允许程序在执行期间借助于Reflection API获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
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），这个对象包含了完整的类的结构信息，通过这个类可以看到类的结构
- 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 ---> 得到完整的包类结构信息
3.2 Class类
对于每个类而言，jre都会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的信息
- 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实例
- 一个Class对象对应的是一个加载到JVM中一个.class文件
- 每个类的实例都会记得自己是由哪个Class实例所生成的
- Class类是Reflection的根源，针对任何想动态加载、运行的类，只有先获得相应的Class对象
3.3 获得反射对象
首先，哪些类型有Class对象
- class：外部类，成员内部类，静态内部类，局部内部类，匿名内部类
- interface：接口
- []：数组
- 只要元素类型和维度一样，就是同一个Class，不管数据长度
- enum：枚举
- annotation：注解@interface
- primitive type：基本数据类型
- void
获得Class对象的方法
-
已知具体的类，通过类的class属性获取，这种方法最安全快速
-
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 = persion.getClass();
-
-
已知类的全类名，通过Class类的静态方法forName()获取，可能抛出异常
-
Class clazz = Class.forName("com.hjc.pojo.User");
-
-
内置基本数据类型可以直接用类名.TYPE
-
利用ClassLoader
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Person person = new Student();
System.out.println(person.name);
//通过对象获得
Class c1 = person.getClass();
//通过forName获得
Class c2 = Class.forName("com.hjc.reflection.Student");
//通过类名.class获得
Class c3 = Student.class;
//基本数据类型
Class c4 = Integer.TYPE;
//获得父类
Class c5 = c1.getSuperClass();
}
}
class Person {
String name;
//省略构造函数和set/get方法
}
class Student extends Person {
public Student() {
this.name = "student";
}
}
class Teacher extends Person {
public Teacher() {
this.name = "teacher";
}
}
3.4 类加载过程
当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过三个步骤对该类进行初始化
- 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，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
- 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，这些内存都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）
- 将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中
- 初始化
- 执行类构造器<clinit>()方法的过程
- 当初始化一个类的时候，如果发现父类还没有初始化，则要先触发父类的初始化
- 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确加锁和同步
3.5 类初始化
什么时候会发生类初始化
- 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，则会先初始化其父类
- 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
- 比如，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了
- 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
public class Test {
static {
System.out.println("Main类被加载");
}
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
//主动引用，会初始化类
B b = new B();
//反射，会初始化类
Class.forName("com.hjc.reflection.B");
//B不会被加载，会加载A
System.out.println(B.n);
//B不被加载
B[] array = new B[10];
System.out.println(B.M);
}
}
class A {
static {
System.out.println("父类被加载");
}
static int n = 2;
}
classs B extends A {
static {
System.out.println("子类被加载");
m = 300;
}
static int m = 100;
static final int M = 1;
}
3.6 类加载器
类加载器的作用
- 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程方法区的运行时数据结构，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，但JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象
类加载器
- 引导类加载器
- 用C++编写，是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包装入工作库
- 系统类加载器
- 负责java -classpath下的jar包装入工作库，是最常用的加载器
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
//获取系统类加载器
ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
System.out.println(systemClassLoader);
//获取系统类加载器的父类，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，引导类加载器，无法获取
parent = parent.getParent();
System.out.println(parent);
//测试当前类是由哪个类加载器加载的
ClassLoader classLoader = Class.forName("com.hjc.reflection.Test").getClassLoader();
System.out.println(ClassLoader);
//测试jdk内置的类
classLoader = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
System.out.println(ClassLoader);
}
}
3.7 获取运行时类的完整结构
获得了类的Class对象，那么我们就可以得到类的运行时信息
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
Class c = Class.forName("com.hjc.reflection.User");
//获得类的名字
System.out.println(c.getName()); //包名+类名
System.out.println(c.getSimpleName()); //类名
//获得类的属性
Field[] fields = c.getFields(); //只能得到public属性
for (Field field : fields) {
System.out.println(field);
}
fields = c.getDeclaredFields(); //可以得到全部属性
for (Field field : fields) {
System.out.println(field);
}
//获得指定属性
Field name = c.getField("name"); //找不到，因为name是private
System.out.println(name);
Field name = c.getDeclaredField("name"); //可以找到
System.out.println(name);
//获得类的方法
Method[] methods = c.getMethods(); //获得本类及其父类的全部public方法
for (Method method : methods) {
System.out.println(method);
}
methods = c.getDeclaredMethods(); //获得本类的全部方法
for (Method method : methods) {
System.out.println(method);
}
//获得类的指定方法
Method getName = c.getMethod("getName", null); //方法名+参数
Method setName = c.getMethod("setName", String.class);
System.out.println(getName);
System.out.println(setName);
//获得类的构造器
Constructor[] constructors = c.getConstructors(); //获得public
for (Constructor constructor : constructors) {
System.out.println(constructor);
}
constructors = c.getDeclaredConstructors(); //获得全部
for (Constructor constructor : constructors) {
System.out.println(constructor);
}
//获得指定构造器
Constructor declaredConstructor = c.getDeclaredConstructor(int.class, String.class, int.class);
System.out.println(declaredConstructor);
}
}
class User {
private int id;
private String name;
private int age;
//省略构造方法和set/get方法
}
3.8 动态创建对象执行方法
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Class c = Class.forName("com.hjc.reflection.User");
//构造一个对象
User user = (User) c.newInstance(); //本质上调用了类的无参构造器
System.out.println(user);
//如果没有无参构造器，通过有参构造器创建对象
Constructor constructor = c.getDeclaredConstructor(int.class, String.class, int.class);
User user = (User) constructor.newInstance(1, "test", 18);
System.out.println(user);
//反射调用方法
Method setName = c.getDeclaredMethod("setName", String.class);
setName.invoke(user, "test1"); //invoke传递对象和方法参数值
System.out.println(user);
//反射操作属性
Field name = c.getDeclaredField("name");
//不能直接操作私有属性，需要关闭程序的安全检测
//调用属性或者方法的setAccessible(true)
name.setAccessible(true);
name.set(user, "test2");
System.out.println(user);
}
}
3.9 性能分析
public class Test {
//普通方式
public void test1() {
User user = new User();
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
user.getName();
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("普通方式执行十亿次：" + (endTime - startTime) + "ms");
}
//反射方式
public void test2() throws NoSuchMethodException {
User user = new User();
Class c = user.getClass();
Method getName = c.getDeclaredMethod("getName", null);
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
getName.invoke(user, null);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("反射方式执行十亿次：" + (endTime - startTime) + "ms");
}
//反射方式，关闭检测
public void test3() throws NoSuchMethodException {
User user = new User();
Class c = user.getClass();
Method getName = c.getDeclaredMethod("getName", null);
getName.setAccessible(true);
long startTime = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
getName.invoke(user, null);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("关闭检测后，反射方式执行十亿次：" + (endTime - startTime) + "ms");
}
public static void main(String[] args) {
test1();
test2();
test3();
}
}
3.10 反射操作泛型
Java采用泛型擦除的机制来引入泛型，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
为了通过反射操作泛型，Java引入了几个类
- ParameterizedType：表示一种参数化类型，如Collection<String>
- 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：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
public class Test {
public void test1(Map<String, User> map, List<User> list) {
System.out.println("test1");
}
public Map<String, User> test2() {
System.out.println("test2");
return null;
}
public static void main(String[] args) {
Method method = Test.class.getMethod("test1", Map.class, List.class);
Type[] types = method.getGenericParameterTypes();
for (Type type : types) {
System.out.println(type);
if (type instanceof ParameterizedType) {
Type[] actualTypes = ((ParameterizedType) type).getActualTypeArguments();
for (Type actualType : actualTypes) {
System.out.println(actualType);
}
}
}
method = Test.class.getMethod("test2", null);
Type returnType = method.getGenericReturnType();
System.out.println(resultType);
if (returnType instanceof ParameterizedType) {
Type[] actualTypes = ((ParameterizedType) returnType).getActualTypeArguments();
for (Type actualType : actualTypes) {
System.out.println(actualType);
}
}
}
}
3.11 反射操作注解
很多框架都是通过反射获取注解信息，来帮我们解决了很多事情
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Class c = Class.forName("com.hjc.reflection.Student");
//通过反射获得注解
Annotation[] annotations = c.getAnnotations();
for (Annotation annotation : annotations) {
System.out.println(annotation);
}
//获得注解的值
Table1 table1 = (Table1) c.getAnnotation(Table1.class);
String value = table1.value();
System.out.println(value);
//获得指定的注解
Field f = c.getDeclaredField("name");
Field1 f1 = f.getAnnotation(Field1.class);
System.out.println(f1.columnName());
System.out.println(f1.type());
System.out.println(f1.length());
}
}
@Table1("db_student")
class Student {
@Field1(columnName = "db_id", type = "int", length = 10)
private int id;
@Field1(columnName = "db_name", type = "varchar", length = 3)
private String name;
@Field1(columnName = "db_age", type = "int", length = 10)
private int age;
//省略构造器和set/get方法
}
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Table1 {
String value();
}
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Field1 {
String columnName();
String type();
int length();
}
