注解与反射

 

注解（Java.Annotation)

什么是注解？

  • 从JDK5.0开始引入的新技术。

  • 作用：不是程序本身，可以对程序作出解释。可以被其他程序（比如：编译器等）读取。

  • 格式：@SuppressWarnings(value="unchecked").

  • 在哪里使用？可以附加在package，class，method,fiekd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。

内置注解

  • @Override:定义在java.lang.Override中，只适用于修辞方法，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，通常是因为它危险或者存在更好的选择。

  • @SuppressWarnings:定义在Java.lang.SuppressWarnings中，用来抑制编译时的警告信息。这里需要添加参数才能正确使用，参数都是已经定义好的。

    如：@SuppressWarnings（"all"):抑制所有警告。

    @SuppressWarnings（"unchecked"):抑制未经检查的操作（比如强转）的警告。

元注解

  • 作用：负责注解其他注解，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

    @Documented:说明该注解包含在javadoc中。

    @inherited：说明子类可以继承父类中的该注解。

自定义注解

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

    @interface用来声明一个注解，格式：public @Interface 注解名{定义内容}

    其中的每一个方法实际上是声明了一个配置参数。

    方法名就是参数的名称。

    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.

    注解元素必须有值，我们定义注解元素时，经常使用空字符串，0作为默认值。

    package annnocation;
    import java.lang.annotation.Documented;
    import java.lang.annotation.ElementType;
    import java.lang.annotation.Inherited;
    import java.lang.annotation.Retention;
    import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
    import java.lang.annotation.Target;
    ?
    public class TestAnnocation {
        //注解可以显示赋值，如果没有默认值，我们就必须给注解赋值
        @MyAnnocation(age=23)
        public void test() {
        }
    }
    //java内置四大元注解meta-annocation
    //Target指定注解的使用范围：类，对象
    @Target(value = {ElementType.METHOD,ElementType.TYPE})
    //Retention指定注解的生命周期SOURCE(源代码阶段）@Retention(value=RetentionPolicy.RUNTIME)
    //Documect指定该注解包含在javadoc中
    @Documented()
    //Inherited：指定父类的注解子类可以继承
    @Inherited
    @interface MyAnnocation{
        //注解的参数：参数类型+注解名+（）
        int age();
        String name() default "周杰伦";//注解可以设置默认值，default后面不用加括号
        String[] schools() default {"南开大学","清华大学"}; 
    }

反射（java.Reflection)

静态语言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。通俗点说就是在运行时代码可以根据某些条件改变自身结构。

  • 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不是动态语言，但java可以称之为“准动态语言”。即java有一定的动态性，我们可以利用反射机制获得类似动态语言的特性。javad的动态性让编程的时候更加灵活。

反射概述

  • 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Reflction API取得任何内部类信息，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。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以，我们形象的称之为：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”

获得反射对象

java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（AOP)

  • ......

java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，我们可以告诉JVM，我们希望做什么并且它满足我们的要求。这类操作总是慢于直接执行相同的操作（new）差不多是几十倍。

反射相关的主要API

  • java.lang.Class:代表一个类。

  • java.lang.reflect.Method:代表类的方法。

  • java.lang.reflect.Field:代表类的成员变量。

  • java.lang.reflect.Constructor:代表类的构造器。

package annnocation;
?
public class TestClass {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException {
        Class c1=Class.forName("annnocation.user");
        System.out.println(c1);
        System.out.println(c1.getAnnotations());
        System.out.println(c1.getClass());
        System.out.println(c1.getConstructor());
        System.out.println(c1.getDeclaredMethods());
        System.out.println(c1.getDeclaredFields());
    }
}
class user{
    int age;
    String name;
    public user(int age, String name) {
        super();
        this.age = age;
        this.name = name;
    }
    public user() {
    
    }
    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;
    }
    
}
?
输出结果：class annnocation.user
[Ljava.lang.annotation.Annotation;@762efe5d
class java.lang.Class
public annnocation.user()
[Ljava.lang.reflect.Method;@490d6c15
[Ljava.lang.reflect.Field;@7d4793a8

Class类

在object类中定义了以下的方法，此方法将被所有的子类继承。

public final Class getClass();

以上方法返回值的类型是一个Class类，此类事java反射的源头，实际上所谓反射从程序的运行结果来看也很好理解，即：可以通过对象反射求出类的名称。

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对象包含了特定的某个结构（class/interface/enum/annotation/primitive type(基本数据类型）/void[])的有关信息。

 

只要元素类型与维度一样，就是同一个Class.

 

 

  • Class本身也是一个类

  • Class对象只能有系统建立对象

  • 一个加载的类在JVM中只会有一个Classs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实例所生成的

  • 通过Class可以完整的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

获得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，程勋性能最高。

    Class c1=Person.class;//通过类名调用class

  • 已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象。

    Class c2=person.getClass（）;//通过类的实例调用getClass()方法。

  • 已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过Class类的静态方法forName()获取，可能抛出ClassNotException

    Class c3=Class.forName("全类名")；//Class.静态方法forName()

    注意：括号里的全类名需要加引号。

  • 内置基本数据类型可以直接用类名.Type

  • 还可以利用ClassLoader。

  • 获得父类的类型

    getSuperclass();

package annnocation;
public class TestgetClass {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException{
        //1.已知类名，直接通过类名.class;
        Class c1=Person.class;
        System.out.println(c1);
        //2.已知类的实例，通过类实例.getClass();
        Person person=new Person();
        Class c2=person.getClass();
        System.out.println(c2);
        //3.已知类的全类名，通过Class.静态方法forName();
        Class c3=Class.forName("annnocation.Person");
        System.out.println(c3);
        //4.内置基本类型.Type
        Class c4=Integer.TYPE;
        System.out.println(c4);
        //获得父类类型
        Class c5=c1.getSuperclass();
        System.out.println(c5);
    }
}
class Person{
    String name;
    public Person(String name) {
        super();
        this.name = name;
    }
    public Person() {
    
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person [name=" + name + "]";
    }
    
}
class Student extends Person{
    public Student() {
        this.name="学生";
    }
}
class Teacher extends Person{
    public Teacher() {
        this.name="教师";
    }
}

类加载内存分析

java内存分为三个部分：

栈：

  • 存放基本数据类型（会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面的具体地址）。

堆：

  • 存放new的对象和数组。

  • 可以被所有的线程共享，不会存放别的对象引用。

方法区：

  • 可以被所有的线程共享。

  • 包含了所有的class和static变量。

 

类的加载与ClassLoader的理解（三个阶段）

  1. 加载（Class对象在这个阶段产生）：加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。

  2. 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化的阶段，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：

    • 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()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

分析类初始化

什么时候回发生类初始化？

  • 类的主动引用（一定会发生类的初始化）

    • 当虚拟机启动时，先初始化main方法所在的类。（不在main方法中的类没有被调用时，不会初始化）。

    • 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，则先回初始化它的父类。

  • 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（常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了）

理解引用这个词的概念

类加载器（把类装载进内存中）

  • 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成方法区的运行时数据结构，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。

双亲委派机制：

逐层向上查找，该类是否被加载过。

这种设计有个好处是，如果有人想替换系统级别的类：String.java。篡改它的实现，但是在这种机制下这些系统的类已经被Bootstrap classLoader加载过了，所以并不会再去加载，从一定程度上防止了危险代码的植入。

获取类的运行时结构

通过反射获取运行类的完整结构

Field、Method、Constructor、Superclass、Interface、Annotation

  • 实现的全部接口

  • 所继承的父类

  • 全部的构造方法

  • 全部的方法

  • 全部的属性Field

  • 注解

  • ......

动态创建对象执行方法

  • 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

    • Class.newInstance()

但是，如果没有无参的构造器就不能创造对象了吗？

通过反射调用类的构造器，将参数传递进去之后，就能实例化操作了。

步骤:

  • 通过Class类的getDeclaredConstructor(Class...parameterTypes)取得本类的指定参数类型的构造器。

  • 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（constructor.newInstance)

调用指定的方法

通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成。

  • 通过Class类的getMethod(String name,Class...parameterTypes)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(Object obj,Object[] args[])进行调用，并向方法中传递要设置的obj对象的参数信息。

注意：在使用invoke方法时，如果原类的方法声明为private，那就需要在invoke方法前面加一个setAccessible(true)方法，关闭程序的安全检测，注意里面的参数true是关闭。

package annnocation;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
public class TestgetRunClass {
    public static void main(String[] args) throws InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        //1.通过反射获得一个Class对象。
        Class class1=Person.class;
        System.out.println(class1);
        //2.通过获得的Class对象调用newInstance()方法，创建一个类对象。
        //本质是类的无参构造函数
        Person person=(Person) class1.newInstance();
        System.out.println(person);
        //通过有参构造函数创建类的对象
        //通过构造器创建对象
        Constructor constructor=class1.getDeclaredConstructor(String.class);
        Person person2=(Person) constructor.newInstance("周杰伦");
        System.out.println(person2);
        //通过反射获取一个方法
        Person person3=(Person) class1.newInstance();
        Method setName=class1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
        //invoke:激活的意思
        //(对象，对象的值）
        setName.invoke(person3, "林俊杰");
        System.out.println(person3.getName());
        //通过反射操作类的属性
        Person person4=(Person) class1.newInstance();
        Field name=class1.getDeclaredField("name");
        //不能直接操作类的私有属性，需要通过属性或方法的setAccessible(true)；关闭程序的安全检测。
        name.setAccessible(true);
        name.set(person4, "还有我");
        System.out.println(person4.getName());
        
    }
}
?

setAccessible:

  • 使得原本无法访问的私有成员也可以访问。

  • 提高反射的效率。如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁的被调用，那么请设置为true。

性能是不设置true的6倍左右。

获取泛型信息

  • java采用泛型擦除机制来引入泛型，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些类型，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

public class TestString {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, SecurityException {
        Method method=TestString.class.getMethod("test01", Map.class,List.class);
        Type[] genericParameterTypes=(Type[]) 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);
            }
        }       
    }
    }
    public void test01(Map<String, Person> map,List<Person> list) {
        System.out.println("test01");
    }

 

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