注解和反射

最新推荐文章于 2025-01-05 23:38:19 发布

洛-尘

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分类专栏：学习心得文章标签： java

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本文详细介绍了Java中的注解和反射机制。注解提供了一种安全的方式对程序进行解释，可以通过反射在运行时获取类的内部信息并操作。反射是Java动态语言的关键，允许在运行时检查和操作类的结构。内容包括Class类、类加载器、泛型信息获取以及如何通过反射调用方法和构造器等。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

注解Annotation

不是程序本身，可以对程序作出解释（和注释相似）
可以被其他程序（编译器等）读取
可以通过反射机制编程实现对元数据的访问
内置注解
在这里插入图片描述

元注解，负责注解其他注解
在这里插入图片描述
type类上定义

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

需要元注解标志，注解参数顺序无关

public enum ElementType {
    /** Class, interface (including annotation type), or enum declaration */
    /* 类、接口（包括注释类型）或枚举声明  */
    TYPE,

    /** Field declaration (includes enum constants) */
    /* 字段声明（包括枚举常量）  */
    FIELD,

    /** Method declaration */
    /*方法上   */
    METHOD,

    /** Formal parameter declaration */
    /* 参数声明  */
    PARAMETER,

    /** Constructor declaration */
     /* 构造方法声明  */
    CONSTRUCTOR,

    /** Local variable declaration */
     /* 局部变量声明  */
    LOCAL_VARIABLE,

    /** Annotation type declaration */
     /* 注释类型声明  */
    ANNOTATION_TYPE,

    /** Package declaration */
     /* 包声明  */
    PACKAGE,

    /**
     * Type parameter declaration
     *
     * @since 1.8
     */
    TYPE_PARAMETER,

    /**
     * Use of a type
     *
     * @since 1.8
     */
    TYPE_USE
}

静态vs动态
动态语言
是一类在运行时可以改变其结构的语言
静态语言
运行时结构不可变的语言
Java不是动态语言，但称之为“准动态语言”即java有一定的动态性，可以利用反射机制获得类似动态语言的特性

反射机制

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，所以称之为反射
在这里插入图片描述

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

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

public class Test01 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //通过反射获取类的Class对象
        Class c1 = Class.forName("kuangshen.reflection.User");
        System.out.println(c1);//class kuangshen.reflection.User

        //结论：一个类在内存中只有一个Class对象
        //一个类被加载后，类的整个结构都会被封装在Class对象中
        Class c2 = Class.forName("kuangshen.reflection.User");
        Class c3 = Class.forName("kuangshen.reflection.User");
        Class c4 = Class.forName("kuangshen.reflection.User");
        System.out.println("c1"+c1.hashCode());//c121685669
        System.out.println("c2"+c2.hashCode());//c121685669
        System.out.println("c3"+c3.hashCode());//..
        System.out.println("c4"+c4.hashCode());//..
    }
}

Obect类定义了以下的方法，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

class类

对象照镜子后可以得到的信息：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中只有一个Class实例（创建多个class对象，hashcode还是一样）
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哪个Class实例所生成
通过Class可以完整地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

Class类的常用方法
在这里插入图片描述
创建Class，获取class

a) 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 clazz = Person.class;

b) 已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象
Class clazz = person.getClass();

c) 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 clazz = Class.forName(“demo01.Student”);

d) 内置基本数据类型可以直接用类名.Type
e) 还可以利用ClassLoader我们之后讲解

//测试class类的创建方式
public class Test02 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Person person = new Student();
        System.out.println("这个人是："+person.name);//这个人是：学生

        //方式一：通过对象获得
        Class c1 = person.getClass();
        System.out.println(c1.hashCode());//21685669
        //方式二：ClassForName获得
        Class  c2 = Class.forName("kuangshen.reflection.Student");
        System.out.println(c2.hashCode());//21685669

        //通过类名.class
        Class c3 = Student.class;
        System.out.println(c3.hashCode());//21685669

        //方式四：基本内置类型的包装类都有一个Type属性
        Class<Integer> c4 = Integer.TYPE;
        System.out.println(c4);//int

        //获得父类类型
        Class c5 = c1.getSuperclass();
        System.out.println(c5);//class kuangshen.reflection.Person
        
    }
}
class Person{
    public String name;

    public Person() {
    }

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }
}

class Student extends Person{
    public Student(){
        this.name = "学生";
    }
}

class Teacher extends Person{
    public Teacher(){
        this.name = "老师";
    }
}

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

//所有类型的class
public class Test03 {
    public static void main(String[] args) {
        Class c1 = Object.class;//类            class java.lang.Object
        Class c2 = Comparable.class;//接口      interface java.lang.Comparable
        Class c3 = String[].class;//一维数组    class [Ljava.lang.String;
        Class c4 = int[][].class;//二维数组     class [[I
        Class c5 = Override.class;//注解        interface java.lang.Override
        Class c6 = ElementType.class;//枚举     class java.lang.annotation.ElementType
        Class c7 = Integer.class;//基本数据类型 class java.lang.Integer
        Class c8 = void.class;//void           void
        Class c9 = Class.class;//Class本身     class java.lang.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);

        //只有元素类型与维度一样，就是同一个class（与长度无关）
        int[] a = new int[10];
        int[] b = new int[100];
        System.out.println(a.getClass().hashCode());//21685669
        System.out.println(b.getClass().hashCode());//21685669

    }
}

java内存分析

在这里插入图片描述

类的加载与ClassLoader

1、了解：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
在这里插入图片描述

类加载与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< clinit> ()方法的过程。类构造器< clinit> ()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< clinit> ()方法在多线程环境中被正确加锁和同步。

类初始化

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:当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)

public class test1 {
    static {
        System.out.println("main类被加载");
    }
    public static void main(String[] args) {
        son s = new son();  //1.主动引用
		Class.forName("com.luo.reflection.son");    //2.反射也会产生主动引用
		System.out.println(son.b);	//3.引用父类的静态变量不会产生类的引用
		son[] array = new son[5];	//4.数组定义类引用
		System.out.println(son.a);	//5.引用常量
    }
    }
}
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 a = 1 ;
}

1.输出为：main，父类，子类    父类无初始化，先初始化父类
2.注释了1输出为：main，父类，子类	  通过反射也会产生类的主动引用
3.注释了1，2输出为：main,父类，2  子类没有被初始化
4.输出为：main 	通过数组定义类引用,只是一个名字和空间
5.输出为：main,1  链接阶段就赋值了初始化的时候已经存在

类加载器

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，他将维持加载（缓存）一段时间，不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象

在这里插入图片描述
类加载器作用是用来把类(class)装载进内存的。JVM规范定义了如下类型的类的加载器。

public class Test05 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //获取系统的类加载器
        ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(systemClassLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        //获取系统加载器的父类加载器--->扩展类加载器
        ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent();
        System.out.println(parent);//sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@14ae5a5

        //获取扩展类加载器的父类加载器-->根加载器（用C/C++写的)  获取不到
        ClassLoader parent1 = parent.getParent();
        System.out.println(parent1);//null

        //测试当前类是哪个类加载器加载的
        ClassLoader classLoader = Class.forName("kuangshen.reflection.Test05").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader);//sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2

        //测试JDK内部类谁加载的--->是由根加载器加载的，所以打印不出来
        ClassLoader classLoader1 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
        System.out.println(classLoader1);//null

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

获取运行时类的完整结构

通过反射获取运行时类的完整结构：
Field、Method、Constructor、Superclass、Interface、Annotation

全部的Field
全部的方法
全部的构造器
所继承的父类
实现的全部接口
注解

public class Test06 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
        Class c1 = Class.forName("kuangshen.reflection.User");

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

        //1、获得类的名字--->获得包名+类名
        System.out.println(c1.getName());//kuangshen.reflection.User

        //2、获得类的简单名字-->获得类名
        System.out.println(c1.getSimpleName());//User

        System.out.println("=======================");
        //3、获得类的属性
        //3.1 获得public的属性
        Field[] fields = c1.getFields();

        //3.2  能够找到所有的属性
        Field[] fields1 = c1.getDeclaredFields();
        for (Field field: fields1) {
            System.out.println(field);
        }
        /**
         * private int kuangshen.reflection.User.id
         * private java.lang.String kuangshen.reflection.User.name
         * private int kuangshen.reflection.User.age
         */

        //3.3、获得指定的属性
        Field name = c1.getDeclaredField("name");
        System.out.println(name);
        //private java.lang.String kuangshen.reflection.User.name

        //4、获得类的方法
        System.out.println("====================================");
        Method[] methods = c1.getMethods();//获得本类及其父类的全部public方法
        for (Method method : methods) {
            System.out.println("c1.getMethods():"+method);
        }
        Method[] methods1 = c1.getDeclaredMethods();//获得本类的全部方法
        for (Method method : methods1) {
            System.out.println("c1.getDeclaredMethods():"+method);
        }
        //获取指定的方法   重载，所以要添加参数
        Method getName = c1.getMethod("getName", null);
        System.out.println(getName);
        //public java.lang.String kuangshen.reflection.User.getName()
        Method setName = c1.getMethod("setName", String.class);
        System.out.println(setName);
        //public void kuangshen.reflection.User.setName(java.lang.String)

        //5、获取指定的构造器
        System.out.println("=================================");
        Constructor[] constructors = c1.getConstructors();//获取public
        for (Constructor constructor : constructors) {
            System.out.println("c1.getConstructors():"+constructor);
        }
        Constructor[] constructors1 = c1.getDeclaredConstructors();//获取所有的构造器
        for (Constructor constructor : constructors1) {
            System.out.println("c1.getDeclaredConstructors():"+constructor);
        }

        //获取指定的构造器
        Constructor declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(int.class, String.class, int.class);
        System.out.println("获取指定的构造器"+declaredConstructor);
        //获取指定的构造器public kuangshen.reflection.User(int,java.lang.String,int)
    }
}

有了Class对象能做什么

创建类的对象：调用Class对象的newInstance()方法

类必须有一个无参数的构造器
类的构造器的访问权限需要足够

通过有参构造器进行实例化
步骤如下:

通过Class类的getDeclaredConstructor(Class … parameterTypes)取得本类的指定形参类型的构造器
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
通过Constructor实例化对象

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,Clas…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
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)
若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
若原方法声明为private,则需要在调用此invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)方法，才可访问private的方法。

setAccessible （）.
➢Method和Field、Constructor对象都有 setAccessible()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该取消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的被调用，那么请设置为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

//通过反射动态的创建对信息
public class Test07 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, NoSuchFieldException {
        //获得Class对象
        Class c1 = Class.forName("kuangshen.reflection.User");

        //1、创建对象：
        //1.1 通过newInstance（）构造一个对象
        User user1 = (User) c1.newInstance();//实质上是调用的无参构造
        System.out.println(user1);//User{id=0, name='null', age=0}

        //1.2 通过构造器创建
        Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(int.class, String.class, int.class);
        User user2 = (User) constructor.newInstance(001, "Lisa", 11);
        System.out.println(user2);//User{id=1, name='Lisa', age=11}

        //2、通过反射调用普通方法
        System.out.println("=============================================");
        //创建一个对象
        User user3 = (User) c1.newInstance();
        //通过反射获取一个方法
        Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
        //invoke：激活 、唤醒
        //参数（对象，“方法的值”）
        setName.invoke(user3,"China");
        System.out.println(user3.getName());//China

        //3、通过反射操作属性
        System.out.println("=============================================");
        User user4 = (User) c1.newInstance();
        Field name = c1.getDeclaredField("name");

        //不能直接操作私有属性，我们需要关闭程序的安全监测，通过：name.setAccessible(true);
        name.setAccessible(true);
        name.set(user4,"李四");
        System.out.println(user4.getName());//李四
        /**
         * Class kuangshen.reflection.Test07 can not access a member of class kuangshen.reflection.User with modifiers "private"
         */


    }
}

性能测试，普通方式最快，反射方式关闭检测要比没关快

//测试性能
public class Test08 {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException {
        test01();
        test02();
        test03();

    }
    //普通方法调用
    public static void test01(){
        User user = new User();
        long start_time = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            user.getName();

        }
        long end_time = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("普通方式执行10亿次需要："+(end_time-start_time)+"ms");
    }

    //反射方式调用
    public static void test02() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        User user = new User();
        Class c1 = user.getClass();
        Method getName = c1.getMethod("getName", null);
        getName.invoke(user,null);
        long start_time = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            user.getName();

        }
        long end_time = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射方式调用执行10亿次需要："+(end_time-start_time)+"ms");
    }


    //反射方式调用，关闭安全监测
    public static void test03() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
        User user = new User();
        Class c1 = user.getClass();
        Method getName = c1.getMethod("getName", null);
        getName.setAccessible(true);
        getName.invoke(user,null);
        long start_time = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            user.getName();

        }
        long end_time = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("反射方式调用，关闭安全监测调用执行10亿次需要："+(end_time-start_time)+"ms");
    }

}

获取泛型信息

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

//通过反射获取泛型信息
public class Test09 {
    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 NoSuchMethodException {
        Method method = Test09.class.getMethod("test01", Map.class, List.class);

        //getGenericParameterTypes():获得泛型的参数类型
        Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();

        for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
            System.out.println(genericParameterType);//Java.JavaBase.Collections.HashMapTest.Map<java.lang.String, kuangshen.reflection.User>
            // 判断genericParameterType是否等于ParameterizedType（结构化参数类型）
            if (genericParameterType instanceof ParameterizedType){
                //getActualTypeArguments()：获得真实的参数信息
                Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    System.out.println(actualTypeArgument);
                }
            }
        }

        System.out.println("===============test02====================");
        method = Test09.class.getMethod("test02",null);
        Type genericReturnType = method.getGenericReturnType();
        if (genericReturnType instanceof ParameterizedType){
            //getActualTypeArguments()：获得真实的参数信息
            Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
            for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                System.out.println(actualTypeArgument);
            }
        }
    }
}

获取注解信息

//练习反射操作注解
public class Test10 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchFieldException {

        Class c1 = Class.forName("kuangshen.reflection.Student2");

        //通过反射获取注解
        Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations) {
            System.out.println(annotation);//@kuangshen.reflection.TestAnno(value=db_student)
        }

        //获得注解value的值
        TestAnno testAnno = (TestAnno)c1.getAnnotation(TestAnno.class);
        System.out.println(testAnno.value());//db_student

        System.out.println("================================");
        //获得类指定的注解
        Field f = c1.getDeclaredField("name");
        FieldAnno annotation = f.getAnnotation(FieldAnno.class);
        System.out.println(annotation.columnName());//db_name
        System.out.println(annotation.type());//varchar
        System.out.println(annotation.length());//10


    }

}
@TestAnno("db_student")
class Student2{
    @FieldAnno(columnName = "db_id",type = "int",length = 10)
    private int id;
    @FieldAnno(columnName = "db_name",type = "varchar",length = 10)
    private String name;
    @FieldAnno(columnName = "db_age",type = "int",length = 10)
    private int age;

    public Student2() {
    }

    public Student2(int id, String name, int age) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student2{" +
                "id=" + id +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

//创建一个注解
@Target(ElementType.TYPE)//类上使用
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  //Retention：表示我们的注解在什么地方有效
@interface TestAnno{
    String value();

}

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