Java泛型机制与反射原理相关知识总结

Java泛型机制与反射原理相关知识总结

一、泛型的概念

1.1 基础案例

泛型在java中的应用非常广泛，最常见则是在集合容器中，先看下基础用法：

public class Generic01 {

public static void main(String[] args) {

Map map = new HashMap<>() ;

map.put(88,"hello") ;

// map.put("99","world") ; 输入编译错误

String value = map.get(88) ;

// Integer value = map.get(88) ; 输出编译错误

System.out.println("value:"+value);

}

}

声明一个map类型的容器，并且明确限定key和value的类型：分别为Integer,String，这样显然不能体现特别之处，可以对比下面的用法：

Map newMap = new HashMap() ;

newMap.put("hello","world");

newMap.put(88,99);

在不指定类型的情况下，键值对都默认为Object类型，这样的容器在使用的时候要时刻注意不同的key类型和取出的value值类型，并且value要做类型转换，相比之下泛型机制就很有必要。

可以看下Map接口的定义：

public interface Map {

V get(Object key);

V put(K key, V value);

}

在Map接口中，显然没有指定明确的类型，只是起到类型传递的作用，即K是key的类型，V是value的类型，在上面的源码中描述的很清楚，结合上面案例，在Map对象声明的时候可以明确指定的类型，也可以缺省为Object类型。

1.2 泛型描述

泛型即可以理解为把数据类型作为参数，即参数化类型，用来提高代码的安全性，灵活性，避免类型转换；代码简洁明了，同时对于程序的可扩展性起到至关重要的作用。

首先设计一个简单的顶层接口，只定义一个callBack方法，和对出入参数的简单逻辑设定，这种设计在Java的源码设计中随处可见，例如上面的集合体系：

/**

* 基础接口设计

* @param 返参类型

* @param 入参类型

*/

interface CallBack {

/**

* 回调方法：V 方法入参 ，R 方法返回值

*/

R callBack (V v) ;

}

为了实现具体的业务，再基于顶层接口向下做扩展，这里声明两个扩展接口，作为具体业务类的接口：

/**

* 扩展接口设计01

*/

interface ExtCallBack01>

extends CallBack> {

@Override

Integer callBack (List<String> list) ;

}

/**

* 扩展接口设计01

*/

interface ExtCallBack02>

extends CallBack> {

@Override

Boolean callBack (Map map) ;

}

这样可以通过扩展接口去设计具体的业务类，提高程序的灵活可扩展性：

public class Generic02 {

public static void main(String[] args) {

new ExtCallBack01>(){

@Override

public Integhttp://er callBack(List list) {

list.add("hello");

return list.size();

}

};

new ExtCallBack02> (){

@Override

public Boolean callBack(Map map) {

map.put("Fire",119L) ;

return map.size()>0 ;

}

} ;

}

}

通过上面这个案例，可以清楚的感觉到泛型机制的灵活和强大。

1.3 泛型本质

泛型虽然可以使用在类，接口，方法，参数等各个地方，但是其约束能力是在代码的编译期：

public class Generic03 {

public static void main(String[] args) {

DefEntry defEntry1 = new DefEntry<>("hello") ;

DefEntry defEntry2 = new DefEntry<>(999L) ;

// Always True

System.out.println(defEntry1.getClass()==defEntry2.getClass());

}

}

class DefEntry {

private T param ;

public DefEntry (T param){

this.param = param ;

}

}

编译过程中，会对泛型合法性作校验，校验成功编译的class文件没有泛型信息，即泛型擦除掉，通过一个简单的命令查看编译后的文件：

javap -v Generic03.class

当然这也会带来安全问题：

public static void main(String[] args) throws Exception {

Map map = new HashMap<>();

Method meGuATatzWkthod = HashMap.class.getDeclaredMethod("put",

new Class[] { Object.class, Object.class });

method.invoke(map,888L, 999L);

// {888=999}

System.out.println(map);

// java.lang.ClassCastException

System.out.println(map.get(888L));

}

这里即通过反射的机制，绕开泛型，在map中放入程序语义上的非法值类型，在运行过程中获取值的时候才抛出类型转换异常。

二、反射机制

2.1 基础描述

反GuATatzWk射机制可以在程序运行时获取类的完整结构信息，并且可以动态的操作属性和方法等。

对于反射机制的理解，必须要对类编译和JVM加载，运行时数据区有清楚的认识，这块内容可以移步JVM系列的文章。

通过运行时动态获取类的结构，然后动态的创建对象并操作属性和方法，这种方式在实际开发中并不多用，这样很明显会消耗JVM资源，并且会忽略一些封装导致安全问题，这在上面【1】中已经案例说明了。

2.2 反射的类库

java.lang.Class：Class类

java.lang.reflect.Constructor：构造器

java.lang.reflect.Field：属性

java.lang.reflect.Method：方法

API之Class对象

获取目标类型的Class对象常见方式，通过Class对象再获取相关结构信息，从而操作或者访问：

public static void main(String[] args) throws Exception {

// Class对象回去

User user1 = new User(1,"name01") ;

Class userClass1 = user1.getClass() ;

Class userClass2 = Class.forName("com.java.reflect.User");

Class userClass3 = User.class ;

System.out.println(User.class.getName());

System.out.println("userClass1==userClass2?"+(userClass1==userClass2));

System.out.println("userClass2==userClass3?"+(userClass2==userClass3));

// 类型创建和判断

Object object = User.class.newInstance() ;

System.out.println("类型："+(object instanceof User));

System.out.println("类型："+(userClass3.isInstance(user1)));

}

输出结果：

这里有个注意点：通过Class对象的newInstance()方法，即基于User类的无参构造器，首先要求User类具有无参构造方法。

API之Constructor构造器

Class对象读取构造方法，可以分别获得全部构造方法，不同修饰类型的构造方法，或者根据构造参数类型指定获取：

public static void main(String[] args) throws Exception {

Class userClass = User.class ;

// 读取公共构造方法

Constructor[] userConArr = userClass.getConstructors();

printCon(userConArr);

// 读取指定私有构造方法

Constructor privateCon = userClass.getDeclaredConstructor(Integer.class);

System.out.println(privateCon);

// 读取全部构造方法

userConArr = userClass.getDeclaredConstructors();

printCon(userConArr);

// 调用公共构造方法创建对象

Constructor pubCon = userClass.getConstructor(Integer.class,String.class);

Object pubUser = pubCon.newInstance(1,"hello") ;

// 调用私有构造方法创建对象

Constructor priCon = userClass.getDeclaredConstructor(Integer.class);

// 忽略private权限修饰符

priCon.setAccessible(Boolean.TRUE);

Object priUser = priCon.newInstance(2) ;

System.out.println(pubUser+"\n"+priUser);

}

public static void printCon (Constructor[] constructors){

for (Constructor constructor:constructors){

System.out.println(constructor);

}

}

这里需要注意的是，通过调用setAccessible(Boolean.TRUE)方法，可以基于私有构造方法创建对象，这里明显违背了Java的基本设计原则，破坏代码的安全性。

API之Field属性

Field保证成员变量的属性，修饰符，值管理等相关操作：

public static void main(String[] args) throws Exception {

Class userClass = User.class ;

// 获取公共字段

Field[] pubArr = userClass.getFields() ;

printField(pubArr);

// 获取全部字段

Field[] fieldArr = userClass.getDeclaredFields() ;

printField(fieldArr);

// 获取指定字段

Field emailField = userClass.getField("email") ;

Field nameField = userClass.getDeclaredField("name") ;

printField(new Field[]{emailField,nameField});

// 创建对象并操作属性

Object userObj = userClass.newInstance() ;

nameField.setAccessible(Boolean.TRUE);

nameField.set(userObj,"world");

emailField.set(userObj,"test@eGuATatzWkmail.com");

System.out.println("userObj:"+userObj);

}

/**

* 打印成员变量信息

*/

public static void printField (Field[] fields){

for (Field field : fields){

System.out.println("声明："+field);

UserAnno userAnno = field.getAnnotation(UserAnno.class) ;

System.out.println("注解："+userAnno.desc());

String fieldName = field.getName() ;

System.out.println("名称："+fieldName);

Type type = field.getGenericType() ;

System.out.println("类型："+type);

}

}

注意这里获取Type类型信息，在有些特定的业务场景下还是十分有用的。

API之Method方法

public static void main(String[] args) throws Exception {

Class userClass = User.class ;

// 获取所有公共方法[包括父类和Object类方法]

Method[] pubMethods = userClass.getMethods() ;

printMethod(pubMethods);

// 获取全部方法

Method[] allMethods = userClass.getDeclaredMethods() ;

printMethod(allMethods);

// 获取指定方法

Method method = userClass.getMethod("parName",String.class) ;

printMethod(new Method[]{method});

// 调用方法

Object userObj = userClass.newInstance() ;

Method setId = userClass.getDeclaredMethod("setId", Integer.class);

setId.invoke(userObj,99) ;

Method setName = userClass.getDeclaredMethod("setName", String.class);

setName.invoke(userObj,"java") ;

Method sayHi = userClass.getDeclaredMethod("sayHi", String.class);

sayHi.setAccessible(Boolean.TRUE);

sayHi.invoke(userObj,"c++");

System.out.println(userObj);

}

/**

* 打印方法信息

*/

public static void printMethod (Method[] methods){

for (Method method : methods){

System.out.println("定义："+method);

System.out.println("命名："+method.getName());

UserAnno userAnno = method.getAnnotation(UserAnno.class) ;

if (userAnno != null){

System.out.println("注解："+userAnno.desc());

}

Type[] paramTypeArr = method.getParameterTypes();

for (int i=0 ; i< paramTypeArr.length; i++){

System.out.print("参数"+(i+1)+"类型："+paramTypeArr[i]+" ; ");

}

System.out.println("参数个数："+method.getParameterCount());

}

}

注意这里对方法的获取远远不止类本身定义的，包括从父类继承的，和Java基础Object类中的。

三、源代码地址

github地址

https://github.com/cicadasmile/java-base-parent

GitEE地址

https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent

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