JavaSE：注解与反射(Annotation & Reflection)

​ 注解和框架是所有框架的底层，如Mybatis，spring。框架的底层实现机制就是注解和反射。注解相比于注释，除了能较为直接的表示出这部分模块的功能，也能实现一定的具体功能。

01 初识注解

1.1 什么是注解

• Annotation是从JDK5.0引入的新技术

• Annotation的作用：

  • 不是程序本身，但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：编译器等）读取。

• Annotation的格式：

  • 注解是以“@注释名”在代码中存在的，还可以添加一定参数值，如

@Override

@SuppressWarnings(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。

1.2 内置注解

• @Override
  

  • 定义在java.lang.Overide中，此注释只适用于修辞方法，表明一个方法声明打算重写超类中的另一个方法申明。

• @Deprecated
  

  • 定义在java.lang.Deprecated中,此注释可适用于修辞方法，属性，类，表示不鼓励程序员使用这样的元素，通常因为该方法比较危险或者存在更好的方法

• @SupperWarnings
  

  • 定义在java.lang.SupperWarnings中，用来抑制编译时的告警信息。

  • 但与前两个注解不同的是，这个注解需要参数，具体如何设置参看JDK说明文档

  • @SupperWarnings("all")
    

  • @SupperWarnings("unchecked")
    

  • @SupperWarning("unchecked","deprecation")
    

  • 等等....

1.3 元注解

• 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。它们被用来提供对其他annotation类型做说明。

• 这些类型和它们所支持的类在java.kang.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（源代码）<CLASS（Javac编译文件）<RUNTIME（软件运行）)

  • @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注解

1.4 自定义注解

• 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：public @interface 注解名

    • 需要注意，如果该文件中已有public，则注解定义需去掉public，一个文件中只能有一个public方法

  • 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）

  • 可以通过添加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

    • 如果参数名为value，则可以在赋值时省略"value = "，直接写赋值内容即可

  • 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

02 反射

2.1 反射概述

2.1.1 静态 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根据某些条件改变自身结构。

  • 主要动态语言：Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python等

• 静态语言

  • 与动态语言相对应，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。Java的动态性让编程的时候更加灵活！

2.1.2 Java Reflection

• Reflection（反射）是Java被视为“准动态语言的”关键，反射机制允许程序在执行期借助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。

  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，人们形象称之为反射

  

2.1.3 Java反射机制研究及应用

• 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

• Java反射的优点和缺点

  • 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：

    • 对性能会有影响。使用反射基本上是一个解释操作，我们可以告诉JVM，我们希望做什么并且让它满足我们的需求。这类操作总是慢于直接执行相同的操作。

• 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
    

• Class类

  • 在Object类中定义了如下的方法，此方法将被所有子类继承

    public final Class getClass()
    

  • 以上的返回值类型是一个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包括：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/void/[]）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

• 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

2.2 Java内存分析

2.2.1 Java内存分配

2.2.2 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。

2.2.3 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.lan.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。

• JVM规范定义了如下类型的类的加载器：

  • 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。需注意此库无法直接获取。

  • 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。
    

• 双亲委派机制：是防止同名包、类与 jdk 中的相冲突，实际上加载类的时候，先通知 appLoader，看 appLoader 是否已经缓存，没有的话，appLoader 又委派给他的父类加载器(extLoader)询问，看他是不是能已经缓存加载,没有的话，extLoader 又委派他的父类加载器(bootstrapLoader)询问，BootstrapLoader看是不是自己已缓存或者能加载的，有就加载，没有再返回 extLoader，extLoader 能加载就加载，不能的话再返回给 appLoader 加载，再返回的路中，谁能加载，加载的同时也加缓存里。正是由于不停的找自己父级，所以才有 Parents 加载机制，翻译过来叫 双亲委派机制

2.2.4 类的加载与ClassLoader的理解

• 加载：将class文件字节码加载到内存中，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：确保加载的类的信息符合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。类构造器()方法是由编译器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

    

2.2.5 获取运行时类的完整结构

• 通过反射

  • 包括如下信息：Field、Method、Constructors、Superclass、Interface、Annotation

  • 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···

小结

• 在实际的操作中，取得类的信息的操作代码，并不会经常开发

• 一定要熟悉java.lang.reflect包的作用和反射机制

• 如何取得属性、方法、构造器的名称，修饰等。

2.3 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

  • 1）类必须有一个无参数的构造器。（无参构造器必须有）

  • 2）类的构造器的访问权限需要足够

• 除了调用无参构造器创建对象外，也可以

  • 1）通过Class类的getDeclaredConstructor(Class...parameterTypes)取得本类的制定形参类型的构造器

  • 2）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

  • 3）通过Constructor实例化对象

• 利用反射调用指定的方法

  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（防止出现方法重写，利用参数类型和方法名确定具体的方法）

  • 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。

    

  • Object invoke(Object obj,Object...args)

    • Object对应原方法的返回值。若原方法无返回值，此时返回null

    • 原方法若为静态方法，此时形参Object obj可为null

    • 若原方法形参列表为空，则Object[] args为null

    • 若原方声明为private，则需要在调用次invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)，将可访问private的方法

  • SetAccessible

    • Method和Field、Constructor对象都有setAccesible()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当取消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被调用，那么设置为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

2.4 反射操作泛型

• 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类型转换的问题，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，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

2.5 反射操作注解

• 这部分很重要，开始和后面框架出现结合（熟知注解对于后期框架学习很重要）
• 放一个案例在这里说明相关功能
• 日后将在框架学习笔记中进一步阐述用反射操作注解的重要性
• 先定义一个类注解（关注Target里面参数设置）

//类名的注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface TypeTong{
    String value();
}

• 再定义一个属性的注解（需要注意自定义的两个注解都有参数）

//属性的注解
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface FieldTong{
    String colunmName();
    String type();
    int length();

}

• 此后定义一个student类，用于后面的反射

@TypeTong(value = "db_student")
class student2{

    @FieldTong(colunmName = "db_name", type = "varchar",length = 3 )
    private String name;

    @FieldTong(colunmName = "db_id", type = "int",length = 10 )
    private  int id;

    @FieldTong(colunmName = "db_age", type = "int",length = 10 )
    private  int age;

    public student2() {
    }

    public student2(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 "student2{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", id=" + id +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

• main函数编制

 public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {
      Class s1 = Class.forName("AnnotationandReflection.Demo03.student2");

      //通过反射获得注解
        Annotation[] annotations = s1.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations) {
            System.out.println(annotation);
        }
      //通过反射获得指定注解属性值
        System.out.println("==========================");
        TypeTong typeTong = (TypeTong)s1.getAnnotation(TypeTong.class);
        String value = typeTong.value();
        System.out.println(value);

      //获得类指定的注解
        System.out.println("==========================");
        Field f = s1.getDeclaredField("id");
        FieldTong annotation = f.getAnnotation(FieldTong.class);
        System.out.println(annotation.colunmName());
        System.out.println(annotation.type());
        System.out.println(annotation.length());

    }

• 程序运行后结果如下：