Java-注解和反射-完全自学指南

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Annotation（注解） 是从 JDK5.0 引入的新技术

Annotation 的作用：

• 不是程序本身，可以对程序做出解释（这一点和注释（comment）没什么区别）
• 可以被其他程序（比如编译器）读取

Annotation 的格式：

• 注解是以“@注释名”在代码中存在的，还可以添加一些参数值，例如：@SuppressWarning(value=“unchecked”)

Annotation 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
• @Override：定义在java.lang.Override 中，此注释只适用于修辞方法，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，此注释可以用于修辞方法，属性，类，表示不鼓励开发者使用这样的元素，通常是因为它很危险或者存在更好的选择
• SuppressWarning：定义在java.lang.SuppressWarning 中，用来抑制编译时的警告信息（必须添加参数才能使用）

package Annotation;

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

public class Test01 extends Object{

    // 重写注解  @Override
    @Override
    public String toString() {
        return super.toString();
    }

    // Deprecated
    @Deprecated
    public static void test() {
        System.out.println("Deprecated");
    }
    
    @SuppressWarnings("all")
    public void test02() {
        List list = new ArrayList();
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        test();
    }
}

元注解的作用就是负责注解其他注解，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。

这些类型和它们所支持的类在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

package Annotation;

import java.lang.annotation.*;

// 测试元注解
public class Test02 {

    @MyAnnotation
    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时候有效
// runtime > class > source
@Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)

// 表示是否将注解生成在 Javadoc中
@documented

// inherited 子类可以继承父类的注解
@Inherited

@interface MyAnnotation {

}

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

分析：

• @ interface 用来声明一个注解，格式：@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
• 方法的名称就是参数的名称
• 返回值的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
• 注解元素必须要有值，我们定义注解元素时，经常使用空字符串 /0 作为默认值

package Annotation;

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
    @MyAnnotation2(name = "fengluo", schools = "湘潭大学")
    public void test03() {

    }

    @Myannotation3(value = "Fengluo")
    public void test2() {

    }
}

// 声明注解用在那些地方
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface MyAnnotation2 {
    // 注解的参数：参数类型 + 参数名()；
    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();
}

@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface Myannotation3{
    String value();
}

Reflection

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。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，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 -> 取得实例化的对象

反射方式：实例化对象 -> getClass()方法 -> 得到完整的“包类”名称

反射作用

• 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

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。

• 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

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。

对象照镜子后可以得到的信息（通过反射）：某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。对于某个类而言，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的有关信息。

• 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中的一个.class文件
• 每个类的实例都会记得自己是由那个Class实例所生成
• 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

获取 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，程序性能最高

  •   Class class = 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 class = person.getClass();
    

• 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 ClassNotFoundException

  •   Class class = Class.forName(“demo01.Student”);
    

• 内置基本数据类型可以直接用类名 .Type

• 还可以利用 ClassLoader

示例

package 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("This man is a " + 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("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() {
    }

    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";
    }
}

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
• []：接口
• enum：枚举
• annotation：注解@interface
• primitive type：基本数据类型
• void

示例

package 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;  // 类
        Class c2 = Comparable.class;  // 接口
        Class c3 = String[].class;  // 一维数组
        Class c4 = int[][].class;  // 二维数组
        Class c5 = Override.class;  // 注解
        Class c6 = ElementType.class;  // 枚举
        Class c7 = Integer.class;  // 基本数据类型
        Class c8 = void.class;  // void
        Class c9 = Class.class;  // Class

        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);

        // 只要元素类型一样与维度一样，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());
    }
}

Java 内存分析

类的加载过程

当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过如下三个步骤来对该类进行初始化。

• 类的加载（Load）：将类的 class 文件读入内存，并为之创建一个 java.lang.Class 对象。此过程由类加载器完成
• 类的链接（link）：将类的二进制数据合并到 JRE 中
• 类的初始化（Initialize）：JVM 负责对类进行初始化

类的加载与 ClassLoader 的理解

• 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，然后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 的运行状态之中的过程

  • 验证：确保加载的类信息符合 JVM 的规范，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

• 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的 () 方法在多线程环境中被正确加锁和同步

package reflection;

// 测试类的加载
public class Test05 {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println(A.m);
        
        
    }
}

class A{
    static {
        System.out.println("A类静态代码块初始化");
        m = 300;
    }

    static int m = 100;

    public A() {
        System.out.println("A类的无参构造初始化");
    }
}