关于注解

Annotation是从Jdk1.5开始有的
Annotation的作用：
- 不是程序本身，可以对程序作出解释，生成文档
- 可以被其他程序（编译器）读取，这个过程中会约束一些规则（格式检查）
- 跟踪代码依赖性
Annotation的格式：
- @SuppressWarnings(value="unchecked")
Annotation可以在哪里使用：
- 可以附加在package、class、method、field上，相当于添加额外的辅助信息，可以通过反射机制实现对这些元数据的访问

内置注解

@Deprecated 用于过时的类、方法、成员变量等
@Override 覆盖父类方法
@SuppressWarning 阻止警告
@FunctionaInterface 指定接口必须为函数式接口
@SafeVarargs 一直"堆污染警告"

元注解

有4种，能注解到注解上的注解，能用在其他注解上的注解。

@Retention 保留期，能设定注解的存活时间：
- RententionPolicy：SOURCE 源代码阶段
- RententionPolicy：CLASS 到编译阶段
- RententionPolicy：RUNTIME 到运行阶段
@Documented 将注解中的元素包含到Javadoc中
@Target 限定注解能运用的地方
- ElementType.ANNOTATION_TYPE 注解
- ElementType.COUNSTRUCTOR 构造方法
- ElementType.FIELD 属性
@Inherited 标明注解是能被继承的：
- 例如B继承了A，A添加了注解，那么B也会继承同样的注解

eg（自定义注解的时候会加上元注解）：

import java.lang.annotation.*;

@MyAnnotation
public class Test02 {
    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地方还有效，runtime>class>sources
@Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
//Documented 表示是否将我们的注解生成在javadoc中
@Documented
//Inherited 子类可以继承父类的注解
@Inherited
@interface MyAnnotation {

}

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

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

public class Test03 {
    //如果某参数没有默认值，必须给注解赋值
    @MyAnnotation2(age=18)
    public void test(){

    }

    @MyAnnotation3("")
    public void test2(){

    }
}

@Target(value = {ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface MyAnnotation2{

    //注解的参数：参数类型 + 参数名()
    String name() default "";
    int age();
    int id() default -1;
    String[] schools() default {"华清大学","文理学院"};
}

@Target(value = {ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface MyAnnotation3{

    String value();
}

反射的概念

动态语言：运行时可以改变其自身结构（Object-C、C#、JavaScript、PHP、Python）

静态语言：运行时结构不可改变（Java、C、C++，Java可以称之为准动态语言，利用反射机制实现动态特性）

Reflection是Java被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期间借助于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。（Class c = Class.forName("java.lang.String");）

加载完成之后，在堆内存的方法区中就产生一个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。

反射可以搞的事情

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
在运行时生成动态代理

反射的优点和缺点

优点：实现动态创建对象和编译，比较灵活

缺点：对性能有影响，反射基本是一种解释（区别于编译）操作，告诉JVM，我们希望做什么。

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

区别于class关键字。

对于每个类而言，JRE都为其保留一个不变的Class类型的对象。

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.class文件
每个类的实例都会记得自己是由哪个Class实例所产生
通过Class可以完整的得到一个类中的所有被加载的结构
Class对象是Reflect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

Class类的常用方法

方法名	功能说明
static ClassforName(String name)	返回指定类名的Class对象
Object newInstance()	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[] getConstuctors()	返回一个包含某些Constructor对象的数组
Method getMethod(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

实例化类的Class对象

package com.possible2dream.reflect;

public class Test03 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Person person = new Student();
        System.out.println("这个人是" + person.name);

        //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.possible2dream.reflect.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：基本数据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
[]：数组
enum：枚举
annotation：注解@Interface
primitive type：基本数据类型
void

测试

package com.possible2dream.reflect;

import java.lang.annotation.ElementType;

//所有类型的class对象
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);
        
        //只要元素类型和维度一样，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

jvm

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，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)：将该类的class文件读入内存(静态数据转换成方法区的运行时数据结构)，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
- 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：正式为类型变量(static)分配内存并设置类变量默认初始值，这些内存都将在方法区中进行分配
- 解析：虚拟机常量池中的符号引用(常量名)替换为直接引用(地址)的过程
类的初始化(Initialize)：JVM负责对类进行初始化
- 执行类构造器()方法的过程。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

实例

public class Test05 {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println(A.m);
        /**
         * 1.加载到内存，会产生每个类相对应的一个Class对象
         * 2.链接，链接结束后 m=0
         * 3.初始化
         * <clinit>(){
         *     System.out.println("A类的静态代码块初始化");
         *     m = 300;
         *     System.out.println("此时，m="+A.m);
         *     static int m = 100;
         * }
         * m = 100
         */
    }
}

class A{
    static{
        System.out.println("A类的静态代码块初始化");
        m = 300;
        System.out.println("此时，m="+A.m);
    }

    static int m = 100;

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

什么时候会发生类的初始化

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：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）

练习

package com.possible2dream.reflect;

//测试：类什么时候会初始化
public class Test06 {

    static {
        System.out.println("main类被加载");
    }

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //主动引用
        //Son son = new Son();

        //反射也会产生主动引用
        //Class.forName("com.possible2dream.reflect.Son");

        //通过子类引用父类的静态变量，子类不会被初始化
        //System.out.println(Son.b);

        //通过数组定义类引用，Son类不会被初始化
//        Son[] array = new Son[5];

        //引用final常量不会触发类的初始化
//        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;
}

类加载器的作用

类加载器的多作用：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，它将持续加载（缓存）一段时间，不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象。

类加载器机制/双亲委派机制

Bootstrap Classloader（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（rt.jar）。该加载器无法直接获取。
Extension Classloader（扩展类加载器）：负责jar/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
System Classloader（系统类加载器/App Classloader）：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

测试

package com.possible2dream.reflect;

public class Test07 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //获取系统类的加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);

        //获取系统类加载器的父类加载器-->扩展类加载器
        ClassLoader parent = systemClassLoader.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);

        //测试当前类是哪个类加载器加载的
        ClassLoader classLoader = Class.forName("com.possible2dream.reflect.Test07").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        //测试jdk内置的类是由谁加载的
        classLoader = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);

        //系统类加载器可以加载的路径
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

        /**
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\charsets.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\deploy.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\cldrdata.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\dnsns.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\jaccess.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\jfxrt.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\localedata.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\nashorn.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\sunec.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\ext\zipfs.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\javaws.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\jce.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\jfr.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\jfxswt.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\jsse.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\management-agent.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\plugin.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\resources.jar;
         * C:\anbuzhuang\java8\jdk1.8\jre\lib\rt.jar;
         * D:\cangku\javase\out\production\jichu;
         * D:\cangku\javase\jichu\src\lib\commons-io-2.8.0.jar;
         * D:\IDEA_anzhuang\IntelliJ IDEA 2020.1.3\lib\idea_rt.jar
         */
    }
}

获取运行时类的完整结构

通过反射获取：Field全部的字段、Method全部的方法、Constructor全部的构造器、Superclass所继承的父类、Interface实现的全部接口、Annotation注解

测试

package com.possible2dream.reflect;

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 ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
        Class c1 = Class.forName("com.possible2dream.reflect.User");

//        User user = new User();
//        c1 = user.getClass();

        //获得类的名字
        System.out.println(c1.getName());//包名+类名
        System.out.println(c1.getSimpleName());//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();//可以找到全部的属性
        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);

        //获得类的方法
        System.out.println("=========================================================");
        Method[] methods = c1.getMethods();//获得本类及父类的所有方法
        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("Declared的："+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);

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

        constructors = c1.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println("#"+constructor);
        }

        //获得指定的构造器
        Constructor declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
        System.out.println("指定："+declaredConstructor);

    }
}

动态创建对象执行方法

练习

package com.possible2dream.reflect;

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

public class Test09 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //获得User的Class对象
        Class c1 = Class.forName("com.possible2dream.reflect.User");

        //构造一个对象
//        User user = (User) c1.newInstance();//调无参构造器
//        System.out.println(user);

        //通过构造器创建对象
//        Constructor declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(String.class, int.class, int.class);
//        User user2 = (User) declaredConstructor.newInstance("小明", 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);
        setName.invoke(user3, "小明");//invoke激活
        System.out.println(user3.getName());

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

        //关闭安全属性
        name.setAccessible(true);

        //如果不关掉安全检测，这里是不能操作私有属性的
        name.set(user4, "小红");
        System.out.println(user4.getName());

    }
}

性能对比分析

package com.possible2dream.reflect;

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 < 1000000000; i++) {
            user.getName();
        }

        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("普通方式执行10亿次：" + (endTime - startTime)+"ms");

    }

    //反射方式调用
    public static void test02() throws Exception {
        User user = new User();
        Class c1 = user.getClass();
        Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);

        long startTime = System.currentTimeMillis();

        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            getName.invoke(user, null);
        }

        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射方式执行10亿次：" + (endTime - startTime)+"ms");

    }

    //反射方式调用，关闭检测
    public static void test03() throws Exception {
        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 < 1000000000; i++) {
            getName.invoke(user, null);
        }

        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("关闭检测执行10亿次：" + (endTime - startTime)+"ms");

    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        test01();
        test02();
        test03();
    }
}

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
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

测试

package com.possible2dream.reflect;

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 Exception {
        Method method = Test11.class.getMethod("test01", Map.class, List.class);
        Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();//通过方法获得泛型参数类型
        for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
            System.out.println("#:"+genericParameterType);
            if (genericParameterType instanceof ParameterizedType) {//是否为结构化参数类型
                Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
                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) {//是否为结构化参数类型
            Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
            for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                System.out.println(actualTypeArgument);
            }
        }
    }
}

反射操作注解

练习

package com.possible2dream.reflect;

import java.lang.annotation.*;
import java.lang.reflect.Field;

//反射操作注解
public class Test12 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class c1 = Class.forName("com.possible2dream.reflect.Student2");

        //通过反射获得注解
        Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations) {
            System.out.println(annotation);
        }

        //获得注解得value的值
        TableMing tableMing = (TableMing) c1.getAnnotation(TableMing.class);
        System.out.println(tableMing.value());

        //获取类指定的注解
        Field name = c1.getDeclaredField("id");
        FieldMing annotation = name.getAnnotation(FieldMing.class);
        System.out.println(annotation.columnName());
        System.out.println(annotation.type());
        System.out.println(annotation.length());
    }
}

@TableMing("db_student")
class Student2 {
    @FieldMing(columnName = "db_id",type = "int",length = 10)
    private int id;
    @FieldMing(columnName = "db_age",type = "int",length = 10)
    private int age;
    @FieldMing(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 TableMing {
    String value();
}

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

注解和反射丶