Java反射与自定义注解实战指南

Java反射与自定义注解实战指南

第一部分：Java反射核心机制

一、反射的本质与价值

反射是Java在运行时动态获取类信息并操作类的能力，它是框架设计的基石。通过反射，我们可以在运行时：

• 获取类的完整结构（类名、方法、属性等）
• 动态创建对象
• 调用方法和访问字段（包括私有成员）
• 实现动态代理

二、反射核心类

类名	用途
Class	类的元数据入口
Field	类的成员变量
Method	类的方法
Constructor	类的构造方法

三、获取Class对象的三种方式

// 1. 类名.class（最安全高效）
Class<String> clazz1 = String.class;

// 2. 对象.getClass()
String s = "";
Class<?> clazz2 = s.getClass();

// 3. Class.forName()（最灵活）
Class<?> clazz3 = Class.forName("java.lang.String");

四、反射基础操作

1. 创建对象

// 无参构造
Class<?> clazz = User.class;
User user = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();

// 有参构造
Constructor<?> cons = clazz.getConstructor(String.class, int.class);
User user = (User) cons.newInstance("Alice", 25);

2. 操作字段

Field field = clazz.getDeclaredField("name");
field.setAccessible(true); // 突破私有限制

// 设置值
field.set(user, "Bob");

// 获取值
String name = (String) field.get(user);

3. 调用方法

Method method = clazz.getMethod("setName", String.class);
method.invoke(user, "Charlie"); // 调用方法

五、反射应用场景

• 框架设计（如Spring IOC容器）
• 动态代理
• 注解处理器
• JSON序列化/反序列化

性能提示：反射操作比直接调用慢10-100倍，高频场景建议缓存Method/Field对象。

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第二部分：自定义注解与Spring Boot实战

一、自定义注解基础

1. 元注解（定义注解的注解）

元注解	作用
@Target	指定注解作用目标（类/方法/字段）
@Retention	指定注解保留策略（SOURCE/CLASS/RUNTIME）
@Documented	是否包含在Javadoc中
@Inherited	是否允许子类继承

2. 定义注解

// 示例：方法耗时监控注解
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface TimeMonitor {
    String taskName() default ""; // 属性带默认值
    int threshold() default 1000; // 超时阈值(毫秒)
}

二、Spring Boot中自定义注解实战

1. 使用注解

@Service
public class OrderService {
    
    @TimeMonitor(taskName = "订单处理", threshold = 500)
    public void processOrder() {
        // 业务代码...
    }
}

2. 处理注解（AOP方式）

@Aspect // 声明为切面
@Component // 纳入Spring容器
public class TimeMonitorAspect {
    
    /**
     * 环绕通知：拦截带@TimeMonitor注解的方法
     */
    @Around("@annotation(monitor)")
    public Object monitorTime(ProceedingJoinPoint pjp, TimeMonitor monitor) throws Throwable {
        long start = System.currentTimeMillis();
        Object result = pjp.proceed(); // 执行目标方法
        long cost = System.currentTimeMillis() - start;
        
        // 超过阈值打印警告
        if (cost > monitor.threshold()) {
            System.err.printf("[%s] 执行耗时 %dms (超过阈值 %dms)%n",
                monitor.taskName(), cost, monitor.threshold());
        }
        return result;
    }
}

三、实际应用场景

场景1：权限控制注解

// 定义注解
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Auth {
    String[] roles() default {"USER"}; // 允许的角色
}

// 使用
@RestController
public class AdminController {
    @Auth(roles = {"ADMIN"})
    @DeleteMapping("/users/{id}")
    public void deleteUser(@PathVariable Long id) { ... }
}

// AOP权限校验
@Around("@annotation(auth)")
public Object checkAuth(ProceedingJoinPoint pjp, Auth auth) {
    // 获取当前用户角色
    Set<String> userRoles = getCurrentUserRoles();
    
    // 检查权限
    if (!hasRequiredRole(userRoles, auth.roles())) {
        throw new AccessDeniedException("权限不足");
    }
    return pjp.proceed();
}

场景2：自动日志注解

// 定义
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface AutoLog {
    String value() default "";
}

// AOP处理
@Around("@annotation(log)")
public Object logMethod(ProceedingJoinPoint pjp, AutoLog log) throws Throwable {
    String methodName = pjp.getSignature().getName();
    System.out.println("【" + log.value() + "】开始执行: " + methodName);
    Object result = pjp.proceed();
    System.out.println("【" + log.value() + "】执行完成");
    return result;
}

四、Spring Boot集成关键点

1. 组件扫描：

   • 确保注解定义类在@SpringBootApplication扫描路径下
   • AOP处理类需添加@Component注解

2. AOP代理配置：

   # application.properties
   spring.aop.auto=true # 启用AOP自动代理
   spring.aop.proxy-target-class=true # 使用CGLIB代理
   

3. 注解属性设计原则：

   • 优先使用value作为主属性名
   • 为所有属性提供默认值
   • 复杂配置使用嵌套注解

五、反射与注解的协同工作

// 反射方式读取注解信息
public void scanAnnotations() {
    Class<?> clazz = OrderService.class;
    
    for (Method method : clazz.getDeclaredMethods()) {
        if (method.isAnnotationPresent(TimeMonitor.class)) {
            TimeMonitor monitor = method.getAnnotation(TimeMonitor.class);
            System.out.println("监控方法: " + monitor.taskName());
        }
    }
}

总结对比

特性	反射	自定义注解
主要目的	运行时操作类	为代码添加元数据
核心类	Class, Method, Field	@interface
使用场景	框架开发、动态代理	AOP增强、配置声明
Spring Boot集成	直接可用	需配合AOP或反射处理
性能影响	较大（需缓存优化）	较小（AOP有代理开销）
典型应用	Spring IOC容器	Spring声明式事务(@Transactional)

最佳实践建议：

1. 优先使用注解+AOP实现通用功能
2. 反射用于无法通过注解实现的动态场景
3. 高频操作务必进行性能优化
4. 合理设计注解属性，保持简洁性

掌握反射和自定义注解，将使你能够深入理解Java生态框架的工作原理，并能够设计和实现更加灵活、可扩展的系统架构。