Java注解与反射-反射

一、反射

1.1、反射概述

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。
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。
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。

什么是反射：

package com.kuang.reflection;

public class Test02 {
    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");

        // 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;
    }

    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;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", id=" + id +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

1.2、Class 类

在 Object 类中定义了以下的方法，此方法将被所有子类继承
- public final Class getClass()
- 以上的方法返回值的类型是一个 Class 类，此类是 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。
Class 概述：
- 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
- 同一个元素同一个类只有一个 Class 对象

1.2.1、Class 常用方法

方法名	功能说明
static ClassforName(String name)	返回指定类名 name 的 Class 对象
Object newlnstance()	调用缺省构造函数，返回 Class 对象的一个实例
getName()	返回此 Class 对象所表示的实体（类，接口，数组类或void）的名称。
Class getSuperClass()	返回当前 Class 对象的父类的 Class 对象
Class[] getinterfaces()	获取当前 Class 对象的接口
ClassLoader getClassLoader()	返回该类的类加载器
Constructor[] getConstructors()	返回一个包含某些 Constructor 对象的数组
Method getMothed(String name,Class... T)	返回一个 Method 对象，此对象的形参类型为 paramType
Field[] getDeclaredFields()	返回 Field 对象的一个数组

1.2.2、获取 Class 类的实例

package com.kuang.reflection;

import java.net.InetAddress;

// 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("这个人是："+person);

        // 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<Student> 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() {
    }

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    @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 = "老师";
    }
}

1.2.3、哪些类型可以有 Class 对象

class：外部类，成员（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。
enum：枚举。
annotation：注解 @interface
primitive type：基本数据类型。
void

代码：

package com.kuang.reflection;

import java.lang.annotation.ElementType;

// 所有类型的 Class
public class Test04 {
    public static void main(String[] args) {
        Class c1 = Object.class;    // Object 类
        Class c2 = Comparable.class; // 接口
        Class c3 = String[].class;  // 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;   // 基本数据引用类型
        Class c8 = void.class;  // void
        Class c9 = Class.class; // Class

        // 打印查看
        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);

        // 只要元素类型与维度一样，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());
    }
}

1.2.4、分析类初始化

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
- 调用类的静态对象（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，则先会初始化它的父类
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）

类的主动引用：

package com.kuang.reflection;

// 测试类什么时候会初始化
public class Test05 {
    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
        Class<?> c1 = Class.forName("com.kuang.reflection.Son");
    }
}

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;
}

类的被动引用：

package com.kuang.reflection;

// 测试类什么时候会初始化
public class Test05 {
    static {
        System.out.println("Main 类被加载");
    }

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 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;
}

1.2.5、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。
类加载器分类：
- 引导类加载器：用 C++ 编写的，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。

代码：

package com.kuang.reflection;

public class Test07 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

        // 获取系统类的加载器
        ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        // 获取系统类加载器的父类加载器--->扩展类加载器
        ClassLoader parent = classLoader.getParent();
        System.out.println(parent);

        // 获取扩展类加载器的父类加载器--->根加载器(C/C++)
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);

        // 测试当前类是哪个加载器加载的
        ClassLoader classLoader1 = Class.forName("com.kuang.reflection.Test07").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);

        // 测试 JDK 内置的类是谁加载的
        ClassLoader classLoader2 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader2);

        // 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"));
    }
}

1.3、获取运行时类的完整结构

通过反射获取运行时类的完整结构

如：
- 实现的全部接口
- 所继承的父类
- 全部的构造器
- 全部的方法
- 全部的 Field
- 注解
- ...

代码：

package com.kuang.reflection;

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

// 获得类的信息
public class Test08 {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
        // 通过 类名.class 获得类实例
        Class c1 = User.class;

        // 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

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

        // 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);

        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("正常的" + method);
        }

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

        // 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("=========");

        // 获得指定的构造器
        Constructor[] constructors = c1.getConstructors();
        for (Constructor constructor : constructors) { // 获得本类的 public 方法
            System.out.println(constructor);
        }

        constructors = c1.getDeclaredConstructors(); // 获得本类的所有方法
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println("# " + constructor);
        }

        // 获得指定的有参构造器
        Constructor constructors1 = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
        System.out.println("指定：" + constructors1);
    }
}

1.4、动态创建对象执行方法

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。
setAccessible
- Method 和 Field、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 则指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，而该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成员也可以访问
- 参数值为 false 则指示反射的对象应该实施 Java 语言访问检查。

代码：

package com.kuang.reflection;

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

// 通过反射，动态的创建对象
public class Test09 {
    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        // 获得 Class 对象
        Class c1 = User.class;

        // 构造一个对象
//        User user = (User)c1.newInstance(); // 本质时调用了类的无参构造器
//        System.out.println(user);

        // 通过构造器创建对象
//        Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
//        User user2 = (User) constructor.newInstance("秦将", 001, 18);
//        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);

        // invoke：激活的意思
        // （对象，"方法的值"）
        setName.invoke(user3,"狂神"); // 对 user3 的 setName 方法传入一个参数
        System.out.println(user3.getName());

        System.out.println("============================");
        // 通过反射操作属性
        User user4 = (User)c1.newInstance();
        Field name = c1.getDeclaredField("name");

        // 不能直接操作私有属性，我们需要关闭程序的安全检测，属性或者方法的 setAccessible(true)
        name.setAccessible(true);
        name.set(user4,"狂神2");
        System.out.println(user4.getName());
    }
}

1.5、性能对比分析

package com.kuang.reflection;

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

// 分析性能问题
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 < 10_0000_0000; i++) {
            user.getName();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("普通方法执行10亿次：" + (endTime - startTime) + "ms");
    }

    // 反射方法调用
    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 < 10_0000_0000; i++) {
            getName.invoke(user,null);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射方法执行10亿次：" + (endTime - startTime) + "ms");
    }

    // 反射方法调用 关闭检测
    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 < 10_0000_0000; i++) {
            getName.invoke(user,null);
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("关闭检测,反射方法执行10亿次：" + (endTime - startTime) + "ms");
    }

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

1.6、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<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：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。

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(); // getGenericParameterTypes：获得泛型的参数类型
        for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
            System.out.println("#"+genericParameterType);
            if (genericParameterType instanceof ParameterizedType){ // 判断是否是 参数化类型
                Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments(); // getActualTypeArguments：获得真实信息
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    System.out.println(actualTypeArgument);
                }
            }
        }

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

        method = Test11.class.getMethod("test02",null);
        Type genericReturnType = method.getGenericReturnType(); // 返回值类型
        if (genericReturnType instanceof ParameterizedType){ // 判断是否是 参数化类型
            Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments(); // getActualTypeArguments：获得真实信息
            for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                System.out.println(actualTypeArgument);
            }
        }
    }
}

1.7、获取注解信息

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 NoSuchFieldException {
        Class<Student2> c1 = Student2.class;

        // 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() {
    }

    public Student2(int id, int age, String name) {
        this.id = id;
        this.age = age;
        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;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student2{" +
                "id=" + id +
                ", age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}

// 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();
}

1.8、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。

posted @ 2021-02-20 16:54 魍阅读(66) 评论(0) 收藏举报

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Java注解与反射-反射

一、反射

1.1、反射概述

1.2、Class 类

1.2.1、Class 常用方法

1.2.2、获取 Class 类的实例

1.2.3、哪些类型可以有 Class 对象

1.2.4、分析类初始化

1.2.5、类加载器的作用

1.3、获取运行时类的完整结构

1.4、动态创建对象执行方法

1.5、性能对比分析

1.6、反射操作泛型

1.7、获取注解信息

1.8、反射相关的主要 API

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