Java语言高级特性——注解与反射

原创 于 2021-01-26 14:43:09 发布 · 699 阅读 · 1 ·
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Java语言高级特性——注解与反射

注解

Java 注解（Annotation）又称 Java 标注，是 JDK5.0 引入的一种注释机制。 注解是元数据的一种形式，提供有关于程序但不属于程序本身的数据。注解对它们注解的代码的操作没有直接影响。

注解声明

声明一个注解类型

Java中所有的注解，默认实现 Annotation 接口：

package java.lang.annotation; 
public interface Annotation { 
	boolean equals(Object obj); 
	int hashCode(); 
	String toString(); 
	Class<? extends Annotation> annotationType(); 
}

与声明一个"Class"不同的是，注解的声明使用 @interface 关键字。一个注解的声明如下：

public @interface { }

元注解

在定义注解时，注解类也能够使用其他的注解声明。对注解类型进行注解的注解类，我们称之为 metaannotation（元注解）。一般的，我们在定义自定义注解时，需要指定的元注解有两个 ：

  • @Target
  • @Retention

另外还有@Documented 与 @Inherited 元注解，前者用于被javadoc工具提取成文档，后者表示允许子类
继承父类中定义的注解。

@Target

注解标记另一个注解，以限制可以应用注解的 Java 元素类型。目标注解指定以下元素类型之一作为其值：

  • ElementType.ANNOTATION_TYPE 可以应用于注解类型。
  • ElementType.CONSTRUCTOR 可以应用于构造函数。
  • ElementType.FIELD 可以应用于字段或属性。
  • ElementType.LOCAL_VARIABLE 可以应用于局部变量。
  • ElementType.METHOD 可以应用于方法级注解。
  • ElementType.PACKAGE 可以应用于包声明。
  • ElementType.PARAMETER 可以应用于方法的参数。
  • ElementType.TYPE 可以应用于类的任何元素。
    @Retention

注解指定标记注解的存储方式：

  • RetentionPolicy.SOURCE 标记的注解仅保留在源级别中，并被编译器忽略。
  • RetentionPolicy.CLASS 标记的注解在编译时由编译器保留，但 Java 虚拟机(JVM)会忽略。
  • RetentionPolicy.RUNTIME 标记的注解由 JVM 保留，因此运行时环境可以使用它。

@Retention 三个值中 SOURCE < CLASS < RUNTIME，即CLASS包含了SOURCE，RUNTIME包含SOURCE、CLASS。下文会介绍他们不同的应用场景。

//@Target(ElementType.TYPE) 只能在类上标记该注解 
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.FIELD})// 允许在类与类属性上标记该注解
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE) //注解保留在源码中 
public @interface Note { }

注解类型元素

在上文元注解中，允许在使用注解时传递参数。我们也能让自定义注解的主体包含 annotation type element (注解 类型元素) 声明，它们看起来很像方法，可以定义可选的默认值。

@Target({ElementType.TYPE,ElementType.FIELD}) 
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE) 
public @interface Note { 
	String value(); //无默认值 
	int age() default 1; //有默认值 
}

注解应用场景

按照@Retention 元注解定义的注解存储方式，注解可以被在三种场景下使用：

SOURCE

RetentionPolicy.SOURCE ，作用于源码级别的注解，可提供给IDE语法检查、APT等场景使用。
在类中使用 SOURCE 级别的注解，其编译之后的class中会被丢弃。

CLASS

定义为 CLASS 的注解，会保留在class文件中，但是会被虚拟机忽略(即无法在运行期反射获取注解)。此时完全符合此种注解的应用场景为字节码操作。如：AspectJ、热修复Roubust中应用此场景。
所谓字节码操作即为，直接修改字节码Class文件以达到修改代码执行逻辑的目的。在程序中有多处需要进行是否登录的判断。

登录示例

在这里插入图片描述
如果我们使用普通的编程方式，需要在代码中进行 if-else 的判断，也许存在十个判断点，则需要在每个判断点加入此项判断。此时，我们可以借助AOP(面向切面)编程思想，将程序中所有功能点划分为： 需要登录 与 无需登录
两种类型，即两个切面。对于切面的区分即可采用注解。

//Java源码 
@Target(ElementType.METHOD) 
@Retention(RetentionPolicy.CLASS) 
public @interface GoToLogin { }

@GoToLogin 
public void jumpA(){ 
	startActivity(new Intent(this,AActivity.class)); 
}
public void jumpB(){ 
	startActivity(new Intent(this,BActivity.class)); 
}

在上诉代码中， jumpA 方法需要具备登录身份。而 GoToLogin 注解的定义被设置为 CLASS 。因此我们能够在该类所编译的字节码中获得到方法注解 GoToLogin 。在操作字节码时，就能够根据方法是否具备该注解来修改class中该方法的内容加入 if-else 的代码段：

//Class字节码 
@GoToLogin 
public void jumpA() { 
	if (this.isLogin) { 
		this.startActivity(new Intent(this, LoginActivity.class)); 
	} else { 
		this.startActivity(new Intent(this, AActivity.class)); 
	} 
}
public void jumpB() { startActivity(new Intent(this,BActivity.class)); }

RUNTIME

注解保留至运行期，意味着我们能够在运行期间结合反射技术获取注解中的所有信息。

反射

一般情况下，我们使用某个类时必定知道它是什么类，是用来做什么的，并且能够获得此类的引用。于是我们直接对这个类进行实例化，之后使用这个类对象进行操作。
反射则是一开始并不知道我要初始化的类对象是什么，自然也无法使用 new 关键字来创建对象了。这时候，我们使用 JDK 提供的反射 API 进行反射调用。反射就是在运行状态中,对于任意一个类,都能够知道这个类的所有属性和方法;对于任意一个对象,都能够调用它的任意方法和属性;并且能改变它的属性。是Java被视为动态语言的关键。

Java反射机制主要提供了以下功能：

  • 在运行时构造任意一个类的对象
  • 在运行时获取或者修改任意一个类所具有的成员变量和方法
  • 在运行时调用任意一个对象的方法（属性）

Class

反射始于Class，Class是一个类，封装了当前对象所对应的类的信息。一个类中有属性，方法，构造器等，比如说有一个Person类，一个Order类，一个Book类，这些都是不同的类，现在需要一个类，用来描述类，这就是Class，它应该有类名，属性，方法，构造器等。Class是用来描述类的类。

Class类是一个对象照镜子的结果，对象可以看到自己有哪些属性，方法，构造器，实现了哪些接口等等。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 对象包含了特定某个类的有关信息。 对象只能由系统建立对象，一个类（而不是一个对象）在 JVM 中只会有一个Class实例。

获取Class对象

获取Class对象的三种方式

  1. 通过类名获取 类名.class
  2. 通过对象获取 对象名.getClass()
  3. 通过全类名获取 Class.forName(全类名) classLoader.loadClass(全类名)
  • 使用 Class 类的 forName 静态方法
public static Class<?> forName(String className)
  • 直接获取某一个对象的 class
Class<?> klass = int.class; 
Class<?> classInt = Integer.TYPE;
  • 调用某个对象的 getClass() 方法
StringBuilder str = new StringBuilder("123"); 
Class<?> klass = str.getClass();

判断是否是某个类的实例

一般地，我们用 instanceof关键字来判断是否为某个类的实例。同时我们也可以借助反射中 Class 对象的isInstance()方法来判断是否为某个类的实例，它是一个 native 方法：

public native boolean isInstance(Object obj);

判断是否是某个类的实例

public boolean isAssignableFrom(Class<?> cls)

创建实例

通过反射来生成对象主要有两种方式。

  1. 使用Class对象的newInstance()方法来创建Class对象对应类的实例。
Class<?> c = String.class; 
Object str = c.newInstance();
  1. 先通过Class对象获取指定的Constructor对象，再调用Constructor对象的newInstance()方法来创建实例。这种方法可以用指定的构造器构造类的实例。
//获取String所对应的Class对象 
Class<?> c = String.class; 
//获取String类带一个String参数的构造器 
Constructor constructor = c.getConstructor(String.class); 
//根据构造器创建实例 
Object obj = constructor.newInstance("23333"); 
System.out.println(obj);

获取构造器信息

得到构造器的方法：

Constructor getConstructor(Class[] params) -- 获得使用特殊的参数类型的public构造函数(包括父类）
Constructor[] getConstructors() -- 获得类的所有公共构造函数 
Constructor getDeclaredConstructor(Class[] params) -- 获得使用特定参数类型的构造函数(包括私有) 
Constructor[] getDeclaredConstructors() -- 获得类的所有构造函数(与接入级别无关)

获取类构造器的用法与上述获取方法的用法类似。主要是通过Class类的getConstructor方法得到Constructor类的一个实例，而Constructor类有一个newInstance方法可以创建一个对象实例:

public T newInstance(Object ... initargs)

获取类的成员变量（字段）信息

获得字段信息的方法:

Field getField(String name) -- 获得命名的公共字段 
Field[] getFields() -- 获得类的所有公共字段 
Field getDeclaredField(String name) -- 获得类声明的命名的字段 
Field[] getDeclaredFields() -- 获得类声明的所有字段

调用方法

获得方法信息的方法:

Method getMethod(String name, Class[] params) -- 使用特定的参数类型，获得命名的公共方法 
Method[] getMethods() -- 获得类的所有公共方法 
Method getDeclaredMethod(String name, Class[] params) -- 使用特写的参数类型，获得类声明的命名的方法 
Method[] getDeclaredMethods() -- 获得类声明的所有方法

当我们从类中获取了一个方法后，我们就可以用 invoke() 方法来调用这个方法。 invoke 方法的原型为:

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

利用反射创建数组

数组在Java里是比较特殊的一种类型，它可以赋值给一个Object Reference 其中的Array类为java.lang.reflect.Array类。我们通过Array.newInstance()创建数组对象，它的原型是:

public static Object newInstance(Class<?> componentType, int length);

反射获取泛型真实类型

当我们对一个泛型类进行反射时，需要的到泛型中的真实数据类型，来完成如json反序列化的操作。此时需要通
过 Type 体系来完成。 Type 接口包含了一个实现类(Class)和四个实现接口，他们分别是：

  • TypeVariable
    • 泛型类型变量。可以泛型上下限等信息；
  • ParameterizedType
    • 具体的泛型类型，可以获得元数据中泛型签名类型(泛型真实类型)
  • GenericArrayType
    • 当需要描述的类型是泛型类的数组时，比如List[],Map[]，此接口会作为Type的实现。
  • WildcardType
    • 通配符泛型，获得上下限信息；

TypeVariable

public class TestType <K extends Comparable & Serializable, V> { 
	K key; 
	V value; 
	public static void main(String[] args) throws Exception { 
		// 获取字段的类型 
		Field fk = TestType.class.getDeclaredField("key"); 
		Field fv = TestType.class.getDeclaredField("value"); 
		TypeVariable keyType = (TypeVariable)fk.getGenericType(); 
		TypeVariable valueType = (TypeVariable)fv.getGenericType(); 
		// getName 方法 
		System.out.println(keyType.getName()); // K 
		System.out.println(valueType.getName()); // V 
		// getGenericDeclaration 方法 
		System.out.println(keyType.getGenericDeclaration()); // class com.test.TestType 
		System.out.println(valueType.getGenericDeclaration()); // class com.test.TestType 
		// getBounds 方法 
		System.out.println("K 的上界:"); // 有两个 
		for (Type type : keyType.getBounds()) { // interface java.lang.Comparable 
			System.out.println(type); // interface java.io.Serializable 
		}
		System.out.println("V 的上界:"); // 没明确声明上界的, 默认上界是 Object 
		for (Type type : valueType.getBounds()) { // class java.lang.Object 
			System.out.println(type); 
		} 
	} 
}

ParameterizedType

public class TestType { 
	Map<String, String> map; 
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		Field f = TestType.class.getDeclaredField("map"); 
		System.out.println(f.getGenericType()); // java.util.Map<java.lang.String, java.lang.String> 
		ParameterizedType pType = (ParameterizedType) f.getGenericType(); 
		System.out.println(pType.getRawType()); // interface java.util.Map 
		for (Type type : pType.getActualTypeArguments()) { 
			System.out.println(type); // 打印两遍: class java.lang.String 
		} 
	} 
}

GenericArrayType

public class TestType<T> { 
	List<String>[] lists; 
	public static void main(String[] args) throws Exception { 
		Field f = TestType.class.getDeclaredField("lists"); 
		GenericArrayType genericType = (GenericArrayType) f.getGenericType(); 
		System.out.println(genericType.getGenericComponentType()); 
	} 
}

WildcardType

public class TestType { 
	private List<? extends Number> a; // 上限 
	private List<? super String> b; //下限 
	public static void main(String[] args) throws Exception { 
		Field fieldA = TestType.class.getDeclaredField("a"); 
		Field fieldB = TestType.class.getDeclaredField("b"); 
		// 先拿到泛型类型 
		ParameterizedType pTypeA = (ParameterizedType) fieldA.getGenericType(); 
		ParameterizedType pTypeB = (ParameterizedType) fieldB.getGenericType(); 
		// 再从泛型里拿到通配符类型 
		WildcardType wTypeA = (WildcardType) pTypeA.getActualTypeArguments()[0]; 
		WildcardType wTypeB = (WildcardType) pTypeB.getActualTypeArguments()[0]; 
		// 方法测试 
		System.out.println(wTypeA.getUpperBounds()[0]); // class java.lang.Number 
		System.out.println(wTypeB.getLowerBounds()[0]); // class java.lang.String 
		// 看看通配符类型到底是什么, 打印结果为: ? extends java.lang.Number
		System.out.println(wTypeA); 
	} 
}

Gson反序列化

static class Response<T> { 
	T data; 
	int code; 
	String message; 
	@Override 
	public String toString() { 
		return "Response{" + 
				"data=" + data + 
				", code=" + code + 
				", message='" + message + 
				'\'' + '}'; 
	}
	public Response(T data, int code, String message) { 
		this.data = data; 
		this.code = code; 
		this.message = message; 
	} 
}
static class Data { 
	String result; 
	public Data(String result) { 
		this.result = result; 
	}
	@Override 
	public String toString() { 
		return "Data{" + "result=" + result + '}'; 
	} 
}
public static void main(String[] args) {
	Response<Data> dataResponse = new Response(new Data("数据"), 1, "成功"); 
	Gson gson = new Gson(); 
	String json = gson.toJson(dataResponse); 
	System.out.println(json);
	//为什么TypeToken要定义为抽象类？ 
	Response<Data> resp = gson.fromJson(json, new TypeToken<Response<Data>>() { 
	}.getType()); 
	System.out.println(resp.data.result); 
}

在进行GSON反序列化时，存在泛型时，可以借助 TypeToken 获取Type以完成泛型的反序列化。但是为什么TypeToken 要被定义为抽象类呢？
因为只有定义为抽象类或者接口，这样在使用时，需要创建对应的实现类，此时确定泛型类型，编译才能够将泛型signature信息记录到Class元数据中。

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