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一文搞懂Java中的注解和反射

作者：静守己心&笑淡浮华

这篇文章主要给大家介绍了关于Java中注解和反射的原理及使用，文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

1、注解（Annotation）

1.1 什么是注解(Annotation)

注解不是程序本身，可以在程序编译、类加载和运行时被读取，并执行相应的处理。注解的格式为"@注释名(参数值)"，可以附加在包、类、方法和字段上，通过反射机制实现实现注解的访问。

1.2 内置注解

@Override：限定子类重写方法

该注解表示覆盖的是其父类的方法，当子类重写父类方法时，确保子类确实重写了父类的方法，避免出现低级错误

/**
 * 该注解标识覆盖的是其父类的方法，当子类重写父类方法时，确保子类确实重写了父类的方法，避免出现低级错误
 * @return
 */
@Override
public String toString() {
    return super.toString();
}

@Deprecated：标记已过时

该注解表示某个属性、方法或类等已过时（程序员不鼓励使用的程序元素，通常是因为它是危险的，或者因为存在更好的替代方法），当其他程序使用已过时的属性、方法或者类时，编译器会给出警告（删除线）。

/**
 * 该注解表示此方法已过时，存在危险，不推荐使用，其有代替方法，如果继续使用会通过删除线进行标识
 */
@Deprecated
public static void test() {
    System.out.println("标记已过时");
}

@SuppressWarnings(参数)：抑制编译器警告

该注解作用的类、方法和属性会取消显示编译器警告，其参数主要是进行警告说明以及取消(unchecked)等。

@SuppressWarnings("取消此类的所有警告")
public class BuiltAnnotation {
    
    @SuppressWarnings("取消此属性的警告")
    private String username;

    @SuppressWarnings("取消此方法的警告")
    public static void main(String[] args) {
        // ...
    }
}

1.3 元注解(meta-annotation)

元注解的作用就是负责注解其他注解，Java定义了4个标准的元注解类型，他们被用来提供对其他注解的作用范围及类型进行说明，通过元注解可以自定义其他注解。

@Target：描述注解的使用范围

例如@Target(ElementType.METHOD)表示作用在方法上，@Target(ElementType.TYPE)表示作用在类或接口上等

/**
 * @Target注解：描述注解的使用范围
 */
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Target {
    /**
     * 类或接口：ElementType.TYPE；
     * 字段：ElementType.FIELD；
     * 方法：ElementType.METHOD；
     * 构造方法：ElementType.CONSTRUCTOR；
     * 方法参数：ElementType.PARAMETER；
     * ...
     */
    ElementType[] value();
}

@Retention：表示需要在什么级别保存该注解信息，用于描述注解的生命周期

通常自定义的注解都使用@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)，也就是运行时期作用。

/**
 * @Retention：表示需要在什么级别保存该注解信息，用于描述注解的生命周期
 */
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Retention {
    /**
     * RetentionPolicy.SOURCE：仅编译期，注解将被编译器丢弃。
     * RetentionPolicy.CLASS：仅class文件，注释将由编译器记录在类文件中，但VM不需要在运行时保留，如果不指定则默认为class。
     * RetentionPolicy.RUNTIME：运行期，注释将由编译器记录在类文件中，并由VM在运行时保留，因此可以反射读取。通常自定义的注解都是RUNTIME。
     * 范围：RUNTIME>CLASS>SOURCE
     */
    RetentionPolicy value();
}

@Document：说明该注将被包含在javadoc中

@Iherited：定义子类是否可继承父类定义的注解。

@Inherited仅针对 @Target(ElementType.TYPE) 类型的注解有用，并且只能是 class 的继承，对 interface 的继承无效：

1.4 自定义注解

定义注解

/**
 * 1. 使用@interface定义注解；
 * 3. 通过元注解配置该注解，配置注解的使用范围和生命周期等
 * @author Loner
 */
@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Report{
    /**
     * 2. 添加参数、默认值，如果没有默认值，就必须给参数赋值，一般把最常用的参数定义为value()，推荐所有参数都尽量设置默认值
     * 形式为：参数类型 参数名()；
     */
    int type() default 0;
    String value() default "LonerMJ";
}

使用注解

@Report(type = 1, value = "test")
public class CustomerAnnotation {
    @Report(type = 1, value = "test")
    public void testCustomerAnnotation() {
        System.out.println("测试自定义注解");
    }
}

2、反射（Reflection）

2.1 反射和反射机制

反射

Reflection（反射）是指程序在运行期可以拿到一个对象的所有信息。

反射机制

反射机制是指程序在运行时，通过Reflection API获取任何类的内容信息，并能直接操作任何对象的内部属性及方法。

2.2 Class类的获取方式和常用方法

java.lang.Class类，实现反射的核心类，类加载完成之后，在堆内存的方法区中就会产生一个Class对象（一个类只有一个Class对象），这个对象包含了类的完整结构信息，通过这个对象看到类的结构。

Class类的获取方式

public class InstantiationClass {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Teacher teacher = new Teacher("张三", "123456");

        // 方式一：调用Class类的静态方法forName(String className)
        Class<?> c1 = Class.forName("com.loner.mj.reflection.Teacher");

        // 方式二：已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法，getClass是Object类中的方法。
        Class<? extends Teacher> c2 = teacher.getClass();

        // 方式三：已知具体类，通过类的class属性获取，该方法最安全可靠，程序性能最高
        Class<Teacher> c3 = Teacher.class;

        // 方式四：通过基本内置类型的包装类的TYPE属性获得CLass实例
        Class<Integer> c4 = Integer.TYPE;

        // 方式五：通过当前子类的Class对象获得父类的Class对象
        Class<?> c5 = c1.getSuperclass();
    }
}

Class类的常用方法

方法名方法功能
static Class forName(String name)返回指定类名的Class对象
Obiect newInstance()调用无参构造函数，返回Class对象的一个实例
String getName()返回此Class对象所表示的实体（类，接口，数组类或void）的名称
Class getSuperclass()返回当前Class对象的父类的Class对象
Class[] getinterfaces()返回当前Class对象的接口
ClassLoader getClassLoader()返回该类的类加载器
Method getDeclareMethod(String name, Class<?> ... parameterTypes)获取方法名和参数列表匹配的方法
Method[] getDeclareMethods()获取所有非继承的方法
Method[] getMethods()获取所有非私有方法
Field getDeclareField(String name)获取指定属性
Field[] getDeclareFields()获取所有属性
Field[] getFields()获取所有非私有属性
Constructor getConstructor(Class<?>... parameterTypes获取参数列表匹配的构造方法
Constructor getConstructors()获取类的所有构造方法
A getAnnotation(Class<?> annotationClass)返回指定注解
Annotation[] getDeclaredAnnotations()返回所有注解
public class ReflectionMethods {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {
        Class<Worker> workerClass = Worker.class;

        /**
         * 类
         */
        System.out.println(workerClass.getName());
        System.out.println(workerClass.getSimpleName());
        System.out.println(workerClass.getSuperclass());
        System.out.println(workerClass.getPackage());
        Class<?>[] interfaces = workerClass.getInterfaces();
        for (Class<?> i : interfaces) {
            System.out.println(i);
        }

        /**
         * 属性
         */
        // 获取所有的属性
        Field[] declaredFields = workerClass.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            System.out.println(declaredField);
        }
        // 获取指定属性
        System.out.println(workerClass.getDeclaredField("username"));
        // 获取所有公共属性
        Field[] fields = workerClass.getFields();
        for (Field field : fields) {
            System.out.println(field);
        }

        /**
         * 构造方法
         */
        // 获取所有构造方法
        Constructor<?>[] declaredConstructors = workerClass.getDeclaredConstructors();
        for (Constructor<?> declaredConstructor : declaredConstructors) {
            System.out.println(declaredConstructor);
        }
        // 获取指定的构造方法
        System.out.println(workerClass.getDeclaredConstructor(String.class, String.class));

        /**
         * 方法
         */
        // 获取所有的方法
        Method[] declaredMethods = workerClass.getDeclaredMethods();
        for (Method declaredMethod : declaredMethods) {
            System.out.println(declaredMethod);
        }
        // 获取指定方法
        System.out.println(workerClass.getDeclaredMethod("getUsername", null));
        // 获取所有功能方法
        Method[] methods = workerClass.getMethods();
        for (Method method : methods) {
            System.out.println(method);
        }
    }
}

哪些类型具有Class对象

public class InstantiationClass {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 类（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。）
        Class<Object> objectClass = Object.class;
        // 接口
        Class<Comparable> comparableClass = Comparable.class;
        // 数组
        Class<String[]> stringClass = String[].class;
        Class<int[][]> intClass = int[][].class;
        // 枚举
        Class<ElementType> elementTypeClass = ElementType.class;
        // 注解
        Class<Override> overrideClass = Override.class;
        // 基本数据类型
        Class<Integer> integerClass = Integer.class;
        // void
        Class<Void> voidClass = void.class;
        // Class
        Class<Class> classClass = Class.class;
    }
}

2.3 反射的使用

反射操作对象

public class UseClass {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException {
        Class<User> userClass = User.class;

        /**
         * 通过构造器实例化对象：不使用构造器，默认通过无参构造进行对象创建
         */
        Constructor<User> declaredConstructor = userClass.getDeclaredConstructor(String.class, String.class);
        User user = declaredConstructor.newInstance("张三", "123456");
        System.out.println(user);

        /**
         * 调用方法并执行相关操作
         */
        Method setUsername = userClass.getDeclaredMethod("setUsername", String.class);
        // invoke(Object, 参数)：激活，即执行相关操作为该对象
        setUsername.invoke(user, "李四");
        Method setPassword = userClass.getDeclaredMethod("setPassword", String.class);
        setPassword.invoke(user, "123456");
        System.out.println(user);

        /**
         * 操作属性：通过反射直接操作私有属性会报错，需要通过setAccessible(ture)关闭访问安全检查，此方法属性、方法和构造都具有，会影响效率
         */
        Field username = userClass.getDeclaredField("username");
        username.setAccessible(true);
        username.set(user, "用户名");
        System.out.println(user);
    }
}

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

public class ClassOperateGenerics {
    public Map<String, String> list() {
        System.out.println("返回值是泛型");
        return new HashMap<>();
    }

    public void test(Map<String, User> map, List<Integer> list) {
        System.out.println("参数是泛型");
    }

    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {
        /**
         * 获取方法参数的泛型
         */
        Method method = ClassOperateGenerics.class.getMethod("test", Map.class, List.class);
        // 获取所有方法参数的泛型
        Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();
        for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
            // java.util.Map<java.lang.String, com.loner.mj.reflection.User>
            System.out.println(genericParameterType);
            if (genericParameterType instanceof ParameterizedType) {
                // 获取所有泛型的真实参数
                Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    // String, User, Integer
                    System.out.println(actualTypeArgument);
                }
            }
        }

        /**
         * 获取方法返回值的泛型
         */
        Method list = ClassOperateGenerics.class.getMethod("list", null);
        // 获取方法返回值的泛型
        Type genericReturnType = list.getGenericReturnType();
        if (genericReturnType instanceof ParameterizedType) {
            // 获取所有泛型的真实参数
            Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
            for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                System.out.println(actualTypeArgument);
            }
        }
    }
}

反射操作注解

public class ClassOperateAnnotation {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {
        Class<People> peopleClass = People.class;

        // 获取类的所有注解
        Annotation[] declaredAnnotations = peopleClass.getDeclaredAnnotations();
        for (Annotation declaredAnnotation : declaredAnnotations) {
            System.out.println(declaredAnnotation);
        }
        // 获取类的注解的值
        Table declaredAnnotation = peopleClass.getDeclaredAnnotation(Table.class);
        System.out.println(declaredAnnotation.value());

        // 获取属性的注解
        Field name = peopleClass.getDeclaredField("name");
        Fields annotation = name.getAnnotation(Fields.class);
        System.out.println(annotation.name());
    }
}

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