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1. 反射
1.1 定义
- Java的反射(reflection)机制是在运行状态中,
- 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,
- 既然能拿到那么我们就可以修改部分类型信息;这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射(reflection)机制。
1.2 用途(了解)
- 在日常的第三方应用开发过程中,经常会遇到某个类的某个成员变量、方法或是属性是私有的或是只对系统应用开放,这时候就可以利用Java的反射机制通过反射来获取所需的私有成员或是方法 。
- 反射最重要的用途就是开发各种通用框架,比如在spring中,我们将所有的类Bean交给spring容器管理,无论是XML配置Bean还是注解配置,当我们从容器中获取Bean来依赖注入时,容器会读取配置,而配置中给的就是类的信息,spring根据这些信息,需要创建那些Bean,spring就动态的创建这些类。(后面会讲)
1.3 反射基本信息
- Java程序中许多对象在运行时会出现两种类型:运行时类型(RTTI)和编译时类型,
- 例如Person p = new Student();这句代码中p在编译时类型为Person,运行时类型为Student。
- 程序需要在运行时发现对象和类的真实信息。而通过使用反射程序就能判断出该对象和类属于哪些类。
2. 反射相关的类(重要)
类名 | 用途 |
Class类 | 代表类的实体,在运行的Java应用程序中表示类和接口 |
Field类 | 代表类的成员变量/类的属性 |
Method类 | 代表类的方法 |
Constructor类 | 代表类的构造方法 |
2.1 Class类(反射机制的起源 )
Class(帮助文档)代表类的实体,在运行的Java应用程序中表示类和接口。
- Java文件被编译后,生成了.class文件(在磁盘上)(一个类对应一个.class文件),JVM此时就要去解读.class文件,被编译后的Java文件(.class)也会被JVM解析为 一个对象,这个对象就是 java.lang.Class
- 这样当程序在运行时,每个java文件就最终变成了Class类对象的 一个实例。
- 我们通过Java的反射机制应用到这个实例(Class对象),就可以去获得甚至去添加改变这个类的属性和动作,使得这个类成为一个动态的类 。
所以要实现反射的第一步必须先获得Class对象
2.2 获得Class对象的三种方式
在反射之前,我们需要做的第一步就是先拿到当前需要反射的类的Class对象,然后通过Class对象的核心方法,达到反射的目的,
即: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;既然能拿到那么,我们就可以修改部分类型信息。
- 使用 Class.forName("类的全路径名"); 静态方法。 前提:已明确类的全路径名。— 用的最多
- 使用 .class 方法。 说明:仅适合在编译前就已经明确要操作的 Class
- 使用类对象的 getClass() 方法
class Student {
//私有属性name
private String name = "bit";
//公有属性age
public int age = 18;
//不带参数的构造方法
public Student() {
System.out.println("不带参数的构造方法:public Student()");
}
//私有的,带两个参数的构造方法
private Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
System.out.println("带两个参数的构造方法:private Student()");
}
private void eat() {
System.out.println("i am eat");
}
public void sleep() {
System.out.println("i am pig");
}
private void function(String str) {
System.out.println(str);
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
- 总结:一个类在 JVM 中只会有一个 Class 实例
- 推荐使用第一种方法(用的最多)和第二种方法。
- 不建议用第三种,因为为了获取Class对象还生成了自己的对象。
2.3 Class类中的相关方法
(重要)常用获得类相关的方法
方法 | 用途 |
getClassLoader() | 获得类的加载器 |
getDeclaredClasses() | 返回一个数组,数组中包含该类中所有类和接口类的对象(包括私有的) |
forName(String className) | 根据类名返回类的对象 |
newInstance() | 创建类的实例 |
getName() | 获得类的完整路径名字 |
(重要)获得类中构造器相关的方法(以下方法返回值为Constructor相关)
方法 | 用途 |
getConstructor(Class...<?> parameterTypes) | 获得该类中与参数类型匹配的公有构造方法 |
getConstructors() | 获得该类的所有公有构造方法 |
getDeclaredConstructor(Class...<?> parameterTypes) | 获得该类中与参数类型匹配的构造方法(可以获得私有的) |
getDeclaredConstructors() | 获得该类所有构造方法(可以获得私有的) |
(重要)常用获得类中属性相关的方法(以下方法返回值为Field相关)
方法 | 用途 |
getField(String name) | 获得某个公有的属性对象 |
getFields() | 获得所有公有的属性对象 |
getDeclaredField(String name) | 获得某个属性对象(可以获得私有的) |
getDeclaredFields() | 获得所有属性对象(可以获得私有的) |
(重要)获得类中方法相关的方法(以下方法返回值为Method相关)
方法 | 用途 |
getMethod(String name, Class...<?> parameterTypes) | 获得该类某个公有的方法 |
getMethods() | 获得该类所有公有的方法 |
getDeclaredMethod(String name, Class...<?> parameterTypes) | 获得该类某个方法(可以获得私有的) |
getDeclaredMethods() | 获得该类所有方法(可以获得私有的) |
(了解)获得类中注解相关的方法
方法 | 用途 |
getAnnotation(Class annotationClass) | 返回该类中与参数类型匹配的公有注解对象 |
getAnnotations() | 返回该类所有的公有注解对象 |
getDeclaredAnnotation(Class annotationClass) | 返回该类中与参数类型匹配的所有注解对象(可以获得私有的) |
getDeclaredAnnotations() | 返回该类所有的注解对象(可以获得私有的) |
3. 反射的使用
接下来我们开始使用反射,我们依旧反射上面的Student类,把反射的逻辑写到另外的类当中进行理解。
package demo1;
class Student {
//私有属性name
private String name = "bit";
//公有属性age
public int age = 18;
//不带参数的构造方法
public Student() {
System.out.println("不带参数的构造方法:public Student()");
}
//私有的,带两个参数的构造方法
private Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
System.out.println("带两个参数的构造方法:private Student()");
}
private void eat() {
System.out.println("i am eat");
}
public void sleep() {
System.out.println("i am pig");
}
private void function(String str) {
System.out.println(str);
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
注意:所有和反射相关的包都在 import java.lang.reflect 包下面,该包下有类也有文件夹中的类;有的方法在类中,有的方法则在文件夹的类中。
类外通过反射创建一个对象
package demo1;
public class ReflectClassDemo {
//创建反射对象
public static void reflectNewInstance() {
Class<?> classStudent = null;
try {
//拿到Class对象
classStudent = Class.forName("demo1.Student");
//创建类的实例
Student student = (Student) classStudent.newInstance();
System.out.println("获得学生对象:" + student);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
reflectNewInstance();
}
}
//执行结果
不带参数的构造方法:public Student()
获得学生对象:Student{name='bit', age=18}
- 在类外通过反射创建一个对象, 没有使用new Student。
- 但调用的newInstance() 底层肯定帮我们实现了一些方法。
- 在创建类的实例时,返回类型记得强转。
反射私有的构造方法,创建对象
- 注意,在传入对应参数类型时,类型后一定要添加 .class
- 同时获得的私有构造方法要调用setAccessible(true); 方法,修改访问权限为true,相当于经过确认的。
- 反射从某种程度上打破了封装机制。
//执行结果
带两个参数的构造方法:private Student()
Student{name='xiaoming', age=15}
反射私有的属性
public static void reflectPrivateField() {
Class<?> classReflect = null;
try {
//拿到Class对象
classReflect = Class.forName("demo1.Student");
//获得私有的属性,传入对应的属性名
Field field = classReflect.getDeclaredField("name");
//确认可以调用私有属性的语句
field.setAccessible(true);
//创建类的实例,拿到对象
Student student = (Student) classReflect.newInstance();
//修改私有属性
field.set(student,"奶酪");
System.out.println(student);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (NoSuchFieldException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
//reflectNewInstance();
//reflectPrivateConstructor();
reflectPrivateField();
}
//执行结果
不带参数的构造方法:public Student()
Student{name='奶酪', age=18}
反射私有的方法
public static void reflectPrivateMethod() {
Class<?> classReflect = null;
try {
//拿到Class对象
classReflect = Class.forName("demo1.Student");
//获得私有的方法,传入对应的属性名
Method method = classReflect.getDeclaredMethod("function", String.class);
//确认可以调用私有方法的语句
method.setAccessible(true);
//创建类的实例
Student student = (Student) classReflect.newInstance();
//给私有方法传参
method.invoke(student,"我是一个反射的参数");
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
//reflectNewInstance();
//reflectPrivateConstructor();
//reflectPrivateField();
reflectPrivateMethod();
}
//执行结果
不带参数的构造方法:public Student()
我是一个反射的参数
4. 反射优点和缺点
优点:
- 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一个方法
- 增加程序的灵活性和扩展性,降低耦合性,提高自适应能力
- 反射已经运用在了很多流行框架如:Struts、Hibernate、Spring 等等。
缺点:
- 使用反射会有效率问题。会导致程序效率降低。(调用了很多的方法)
- 反射技术绕过了源代码的技术,因而会带来维护问题。
- 反射代码比相应的直接代码更复杂
5. 枚举
5.1背景及定义
枚举是在JDK1.5以后引入的。主要用途是:将一组常量组织起来,在这之前表示一组常量通常使用定义常量的方式:
常量举例有不好的地方,虽然一个一个列举出来了,但还是普通的整型int。例如:可能碰巧有个数字1,有可能误会为是RED,
现在可以直接用枚举来进行组织,这样一来,就拥有了类型,枚举类型。而不是普通的整型1
- 优点:将常量组织起来统一进行管理
- 场景:错误状态码,消息类型,颜色的划分,状态机等等....
- 本质:是 java.lang.Enum 的子类,也就是说自己写的枚举类,就算没有显示的继承 Enum (抽象类),但是其默认继承了这个类。
- RED,BLACK,GREEN; 都是枚举对象,在Java当中枚举实际上就是一个类。
5.2 枚举的使用
1、switch语句
public enum TestEnum {
//枚举对象
RED,BLACK,GREEN;
public static void main(String[] args) {
TestEnum color = RED;
switch(color) {
case GREEN:
System.out.println("GREEN");
break;
case RED:
System.out.println("RED");
break;
case BLACK:
System.out.println("BLACK");
break;
default:
System.out.println("color error");
break;
}
}
}
//执行结果
RED
2、Enum 类的常用方法
方法名称 | 描述 |
values() | 以数组形式返回枚举类型的所有成员 |
ordinal() | 获取枚举成员的索引位置 |
valueOf() | 将普通字符串转换为枚举实例 |
compareTo() | 比较两个枚举成员在定义时的顺序 |
public enum TestEnum {
//枚举对象
RED,BLACK,GREEN;
public static void main(String[] args) {
TestEnum[] testEnums = TestEnum.values();
for (int i = 0; i < testEnums.length; i++) {
System.out.println(testEnums[i] + " 索引:" + testEnums[i].ordinal());
}
System.out.println("============");
TestEnum testEnum = TestEnum.valueOf("GREEN");
System.out.println(testEnum);
System.out.println(RED.compareTo(GREEN));
}
}
//执行结果
RED 索引:0
BLACK 索引:1
GREEN 索引:2
============
GREEN
-2
自定义的枚举类,默认继承于枚举类 Enum,这些方法都是继承过来的
Enum枚举类中,只有带来两个参数的构造方法,但是我们在自定义的枚举类中也没有显示使用super两个参数的构造方法。底层编译器已经帮忙处理过了,枚举非常特殊。
- RED,BLACK,GREEN; 都是枚举对象
- 在Java当中枚举实际上就是一个类。所以我们在定义枚举的时候,还可以这样定义和使用枚举如下:
- 重要:枚举的构造方法默认是私有的
public enum TestEnum {
//枚举对象
RED(1, "红色"),
BLACK(2, "黑色"),
GREEN(3, "绿色");
public String color;
public int ordinal;
//当枚举对象有参数后,需要提供相应的构造函数
//枚举的构造函数默认是私有的
private TestEnum(int ordinal, String color) {
this.ordinal = ordinal;
this.color = color;
}
}
5.3 枚举优点缺点
- 优点:1. 枚举常量更简单安全。2. 枚举具有内置方法,代码更优雅。
- 缺点:1. 不可继承,无法扩展
6. 枚举和反射
枚举是否可以通过反射,拿到实例对象呢?
我们刚刚在反射里边看到了,任何一个类,哪怕其构造方法是私有的,我们也可以通过反射拿到他的实例对象,那么枚举的构造方法也是私有的,我们是否可以拿到呢?
- 异常信息是: java.lang.NoSuchMethodException: TestEnum.(int, java.lang.String),意思是:没有对应的构造方法,但是我们提供了枚举带有两个参数分别是int 和 String构造方法。问题出现在哪里呢?
- 所有的枚举类,都是默认继承于 java.lang.Enum,继承了父类除构造函数外的所有东西,并且子类要帮助父类进行构造,而我们写的类,并没有帮助父类构造,我们要在自己的枚举类里面,提供super吗?不是的,枚举比较特殊,虽然我们写的是两个,但是默认他还添加了两个参数(底层编译器默认调用super带两个参数的构造方法),哪两个参数呢?我们看一下Enum类的源码:
也就是说,我们自己的构造函数有两个参数一个是int一个是String,同时他默认后边还会给两个参数,一个是String一个是int。也就是说,这里我们正确给的是4个参数:
- 报错了,不过这次是想要的结果,此时的异常信息显示是一个方法,这个方法是:newInstance() 报错了!看一下这个方法的源码,为什么会抛出java.lang.IllegalArgumentException: 异常呢?
- 源码显示:
- 反射获得构造方法的源码中有判断如果是枚举对象,就抛出异常。所以反射拿不到枚举对象。
- 枚举对象非常安全,就算通过反射,也是不可以创建一个枚举对象。可以写一个单例模式。
- 这道题是2017年阿里巴巴曾经问到的一个问题,原版问题是:为什么枚举实现单例模式是安全的?
总结
- 枚举本身就是一个类,其构造方法默认为私有的,且都是默认继承与 java.lang.Enum
- 枚举可以避免反射和序列化问题
面试问题(单例模式学完后可以回顾)
1、写一个单例模式
public class Singleton {
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class){
if(uniqueInstance == null){//进入区域后,再检查一次,如果仍是null,才创建实例
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
2、用静态内部类实现一个单例模式
class Singleton {
/** 私有化构造器 */
private Singleton() {
}
/** 对外提供公共的访问方法 */
public static Singleton getInstance() {
return UserSingletonHolder.INSTANCE;
}
/** 写一个静态内部类,里面实例化外部类 */
private static class UserSingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Singleton u1 = Singleton.getInstance();
Singleton u2 = Singleton.getInstance();
System.out.println("两个实例是否相同:"+ (u1==u2));
}
}
3、用枚举实现一个单例模式
public enum TestEnum {
INSTANCE;
public TestEnum getInstance(){
return INSTANCE;
}
public static void main(String[] args) {
TestEnum singleton1=TestEnum.INSTANCE;
TestEnum singleton2=TestEnum.INSTANCE;
System.out.println("两个实例是否相同:"+(singleton1==singleton2));
}
}
7. Lambda表达式
7.1 背景
- Lambda表达式是Java SE 8中一个重要的新特性。lambda表达式允许通过表达式来代替功能接口。
- lambda表达式就和方法一样,它提供了一个正常的参数列表和一个使用这些参数的主体(body,可以是一个表达式或一个代码块)。
- Lambda 表达式(Lambda expression),基于数学中的λ演算得名,也可称为闭包(Closure)
7.2 Lambda表达式的语法
基本语法:(parameters) -> expression 或 (parameters) ->{ statements; }
Lambda表达式由三部分组成:
- parameters:类似方法中的形参列表,这里的参数是函数式接口里的参数。这里的参数类型可以明确的声明也可不声明而由JVM隐含的推断。另外当只有一个推断类型时可以省略掉圆括号。
- ->:可理解为“被用于”的意思
- 方法体:可以是表达式也可以代码块,是函数式接口里方法的实现。代码块可返回一个值或者什么都不反回,这里的代码块等同于方法的方法体。如果是表达式,也可以返回一个值或者什么都不反回。
// 1. 不需要参数,返回值为 2
() -> 2
// 2. 接收一个参数(数字类型),返回其2倍的值
x -> 2 * x
// 3. 接受2个参数(数字),并返回他们的和
(x, y) -> x + y
// 4. 接收2个int型整数,返回他们的乘积
(int x, int y) -> x * y
// 5. 接受一个 string 对象,并在控制台打印,不返回任何值(看起来像是返回void)
(String s) -> System.out.print(s)
7.3 函数式接口
要了解Lambda表达式,首先需要了解什么是函数式接口,函数式接口定义:一个接口有且只有一个抽象方法 。
注意:
- 如果一个接口只有一个抽象方法,那么该接口就是一个函数式接口
- 如果我们在某个接口上声明了@FunctionalInterface 注解,那么编译器就会按照函数式接口的定义来要求该接口,这样如果有两个抽象方法,程序编译就会报错的。
- 所以,从某种意义上来说,只要你保证你的接口中只有一个抽象方法,你可以不加这个注解。加上就会自动进行检测的。
- 可以有静态方法和default默认方法
@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {
//注意:只能有一个方法
void test();
default void test2() {
System.out.println("JDK1.8新特性,default默认方法可以有具体的实现");
}
static void test3() {
System.out.println("静态方法");
}
}
8. Lambda表达式的基本使用
首先,我们实现准备好几个接口:
//无返回值无参数
@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {
void test();
}
//无返回值一个参数
@FunctionalInterface
interface OneParameterNoReturn {
void test(int a);
}
//无返回值多个参数
@FunctionalInterface
interface MoreParameterNoReturn {
void test(int a, int b);
}
//有返回值无参数
@FunctionalInterface
interface NoParameterReturn {
int test();
}
//有返回值一个参数
@FunctionalInterface
interface OneParameterReturn {
int test(int a);
}
//有返回值多参数
@FunctionalInterface
interface MoreParameterReturn {
int test(int a, int b);
}
Lambda可以理解为:Lambda就是匿名内部类的简化,实际上是创建了一个类,实现了接口,重写了接口的方法 。
没有使用lambda表达式的时候的调用方式 :
使用lambda表达式的时候的调用方式 :
无返回值的情况:
有返回值的情况
- Lambda表达式使用虽然简短,但是在调试的时候进不去,
- 使用Lambda表达式之前,我们必须知道接口的是否有参数和是否有返回值的等情况,必须对这个接口非常的熟悉。
- Lambda表达式可读性较差。
【语法精简】
- 参数类型可以省略,如果需要省略,每个参数的类型都要省略。
- 参数的小括号里面只有一个参数,那么小括号可以省略
- 如果方法体当中只有一句代码,那么大括号可以省略
- 如果方法体中只有一条语句,且是return语句,那么大括号可以省略,且去掉return关键字。
9. 变量捕获
Lambda 表达式中存在变量捕获,了解了变量捕获之后,我们才能更好的理解Lambda 表达式的作用域 。Java当中的匿名类中,会存在变量捕获。
9.1 匿名内部类的变量捕获
匿名内部类就是没有名字的内部类,这里只是为了说明变量捕获。
- 在上述代码当中的变量a就是被捕获的变量。
- 这个变量要么是被final修饰的常量,
- 要么(如果不是被final修饰的) 你要保证在使用之前,没有修改。
9.2 Lambda的变量捕获
在Lambda当中也可以进行变量的捕获,与匿名内部类变量捕获一样,具体代码如下:
10. Lambda在集合当中的使用
Lambda表达式是Java SE 8中一个重要的新特性。为了能够让Lambda和Java的集合类集更好的一起使用,集合当中,也新增了部分接口,以便与Lambda表达式对接。要用Lambda遍历集合就一定要看懂源码。
对应的接口 | 新增的方法 |
Collection | removeIf() spliterator() stream() parallelStream() forEach() |
List | replaceAll() sort() |
Map | getOrDefault() forEach() replaceAll() putIfAbsent() remove() replace() computeIfAbsent() computeIfPresent() compute() merge() |
注意:Collection的forEach()方法是从接口java.lang.Iterable拿过来的。
1、List和forEach、sort
forEach()方法遍历集合,先得看一下源码。如果要打印元素,它需要的实现 Consumer接口,同时要实现重写accept()方法,它会把数组里的每一个元素都交给,accept()方法。
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
list.add("bit");
list.add("hello");
list.add("lambda");
list.forEach(new Consumer<String>() {
@Override
public void accept(String str) {
//简单遍历集合中的元素。
System.out.println(str);
}
});
System.out.println("===============");
//使用lambda表达式
list.forEach(str -> System.out.println(str));
}
//执行结果
hello
bit
hello
lambda
===============
hello
bit
hello
lambda
再来看一下 sort 方法:
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
list.add("bit");
list.add("hello");
list.add("lambda");
list.sort(new Comparator<String>() {
@Override
public int compare(String o1, String o2) {
return o1.compareTo(o2);
}
});
list.forEach(str -> System.out.println(str));
System.out.println("===============");
//使用lambda表达式
list.sort((o1, o2) -> {return o1.compareTo(o2);});
list.forEach(str -> System.out.println(str));
}
//执行结果
bit
hello
hello
lambda
===============
bit
hello
hello
lambda
2、HashMap和forEach
HashMap的forEach源码需要的是两个参数。
public static void main(String[] args) {
HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "hello");
map.put(2, "bit");
map.put(3, "hello");
map.put(4, "lambda");
map.forEach(new BiConsumer<Integer, String>(){
@Override
public void accept(Integer integer, String s){
System.out.println("key: " + integer + " val: " + s);
}
});
System.out.println("===============");
//使用lambda表达式
map.forEach((key, val) -> System.out.println("key: " + key + " val: " + val));
}
//运行结果
key: 1 val: hello
key: 2 val: bit
key: 3 val: hello
key: 4 val: lambda
===============
key: 1 val: hello
key: 2 val: bit
key: 3 val: hello
key: 4 val: lambda
总结
- Lambda表达式的优点很明显,在代码层次上来说,使代码变得非常的简洁。
- 缺点也很明显,代码不易读。
优点:
- 代码简洁,开发迅速
- 方便函数式编程
- 非常容易进行并行计算
- Java 引入 Lambda,改善了集合操作
缺点:
- 代码可读性变差
- 在非并行计算中,很多计算未必有传统的 for 性能要高
- 不容易进行调试
好啦Y(^o^)Y,本节内容到此就结束了。下一篇内容一定会火速更新!!!
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