Java注解与反射02

2021-11-06 19:09:52

09.类加载内存分析

类的加载过程

类的加载与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()方法的过程。类构造器()方法是由编译器自动收集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()方法在多线程环境中被正确加锁和同步

public class Test05 {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println(A.n);
        /**
         * 1.加载到内存，会产生一个类对应的Class对象
         * 2.链接，链接结束后 n=0
         * 3.初始化
         *   <clinit>() {
               n = 300;
               System.out.println("A类的静态代码块");
               n = 100;
         *   }
         *
         *   n=100
         *
         *
         *
         */
    }

}

class A {
    static {
        n = 300;
        System.out.println("A类的静态代码块");
    }
    static int n = 100;
    {
        System.out.println("A类的代码块");
    }
    public A() {
        System.out.println("A类的构造方法");
    }
}

输出

A类的静态代码块
A类的代码块
A类的构造方法
100

10.分析类初始化

什么时候会发生类的初始化

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（常量在链接链接就存入类的常量池中了）

下面5种情况可以分别单独打开，练习一下

public class Test06 {
    static {
        System.out.println("Main类被加载");
    }

    public static void main(String[] args) {
        //1.主动引用
//        Son son = new Son();

        //2.反射也会产生主动引用
//        try {
//            Class.forName("kuangJava.reflects.Son");
//        } catch (ClassNotFoundException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
        //不会产生类的引用的方法
        //3.
//        System.out.println(Son.b);
        //4.
//        Son[] sons = new Son[2];
        //5.
        System.out.println(Son.M);

    }
}

class Father {
    static int b = 2;
    static {
        System.out.println("父类静态代码块");
    }
}

class Son extends Father {
    static {
        System.out.println("子类静态代码块");
        m = 300;
    }
    static int m = 100;
    static final int M = 1;

}

输出

1.
Main类被加载
父类静态代码块
子类静态代码块

2.
Main类被加载
父类静态代码块
子类静态代码块

3.
Main类被加载
父类静态代码块
2

4.
Main类被加载

5.
Main类被加载
1

11.类加载器

类加载器的作用

类加载的作用：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据准换成方法区的运行时数据结构，然后再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类加载器可以按照要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器中，它将维持加载（缓存）一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这个Class对象

类加载器的作用

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 Test07 {
    public static void main(String[] args) {
        //获取系统类加载器
        ClassLoader classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        System.out.println(classLoader);
        //获取系统类加载器的父类加载器--》扩展类加载器
        ClassLoader extendClassLoader = classLoader.getParent();
        System.out.println(extendClassLoader);
        //获取扩展类加载器的父类加载器--》根加载器（C++）
        ClassLoader rootClassLoader = extendClassLoader.getParent();
        System.out.println(rootClassLoader);


        try {
            //获取当前类是哪个加载器加载的
            ClassLoader classLoader1 = Class.forName("kuangJava.reflects.Test07").getClassLoader();
            System.out.println(classLoader1);
            //获取JDK内置的类是哪个加载器加载的
            ClassLoader classLoader2 = Class.forName("java.lang.Object").getClassLoader();
            System.out.println(classLoader2);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //如何获取系统类加载器的加载路径
        //System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
        /**
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\charsets.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\deploy.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\cldrdata.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\dnsns.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\jaccess.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\jfxrt.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\localedata.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\nashorn.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\sunec.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\sunmscapi.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\ext\zipfs.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\javaws.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jce.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jfr.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jfxswt.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\jsse.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\management-agent.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\plugin.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\resources.jar
         * D:\software\Java\jdk1.8.0_241\jre\lib\rt.jar
         * D:\IdeaProjects\mystudy\target\classes
         * D:\mavenRepository\org\apache\httpcomponents\httpclient\4.5.12\httpclient-4.5.12.jar
         * D:\mavenRepository\org\apache\httpcomponents\httpcore\4.4.13\httpcore-4.4.13.jar
         * D:\mavenRepository\commons-logging\commons-logging\1.2\commons-logging-1.2.jar
         * D:\mavenRepository\commons-codec\commons-codec\1.11\commons-codec-1.11.jar
         * D:\mavenRepository\org\apache\poi\poi\4.1.2\poi-4.1.2.jar
         * D:\mavenRepository\org\apache\commons\commons-collections4\4.4\commons-collections4-4.4.jar
         * D:\mavenRepository\org\apache\commons\commons-math3\3.6.1\commons-math3-3.6.1.jar
         * D:\mavenRepository\com\zaxxer\SparseBitSet\1.2\SparseBitSet-1.2.jar
         * D:\mavenRepository\org\apache\poi\poi-ooxml\4.1.2\poi-ooxml-4.1.2.jar
         * D:\mavenRepository\org\apache\poi\poi-ooxml-schemas\4.1.2\poi-ooxml-schemas-4.1.2.jar
         * D:\mavenRepository\org\apache\xmlbeans\xmlbeans\3.1.0\xmlbeans-3.1.0.jar
         * D:\mavenRepository\org\apache\commons\commons-compress\1.19\commons-compress-1.19.jar
         * D:\mavenRepository\com\github\virtuald\curvesapi\1.06\curvesapi-1.06.jar
         * D:\mavenRepository\com\alibaba\fastjson\1.2.73\fastjson-1.2.73.jar
         * D:\mavenRepository\commons-io\commons-io\2.8.0\commons-io-2.8.0.jar
         * D:\software\ideaIU-2019.3.3.win\lib\idea_rt.jar
         */
    }
}

输出

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@355da254
null
sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
null

12.获取类的运行时结构

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 Construtor Superclass Interface Annotation

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

public class Test08 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class<?> c1 = Class.forName("kuangJava.reflects.User");
            //获取类的名字
            System.out.println(c1.getName());
            System.out.println(c1.getSimpleName());
            System.out.println("========");
            //获取类的属性
            //--只能找到public属性
            Field[] fields = c1.getFields();
            //--找到全部的属性
            fields = c1.getDeclaredFields();
            for (Field field : fields) {
                System.out.println(field);
            }
            //--获得指定属性的值
            Field nameField = c1.getDeclaredField("name");
            System.out.println(nameField);
            //获得类的方法
            //--获取本类及其父类的全部public方法
            Method[] methods = c1.getMethods();
            for (Method method : methods) {
                System.out.println("===getMethods==="+method);
            }
            methods = c1.getDeclaredMethods();
            for (Method method : methods) {
                System.out.println("===getDeclaredMethods==="+method);
            }
            //--获得指定的方法
            Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
            Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
            System.out.println(getName);
            System.out.println(setName);
            //获取指定的构造器
            Constructor<?>[] constructors = c1.getConstructors();
            for (Constructor<?> constructor : constructors) {
                System.out.println("===getConstructors==="+constructor);
            }
            constructors = c1.getDeclaredConstructors();
            for (Constructor<?> constructor : constructors) {
                System.out.println("===getDeclaredConstructors==="+constructor);
            }
            //获取指定构造器
            Constructor<?> declaredConstructor = c1.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);
            System.out.println("指定构造器："+declaredConstructor);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class User {
    private int id;
    private String name;

    public User() {
    }

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

    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;
    }

    private void test() {

    }
}

输出

kuangJava.reflects.User
User
========
private int kuangJava.reflects.User.id
private java.lang.String kuangJava.reflects.User.name
private java.lang.String kuangJava.reflects.User.name
===getMethods===public java.lang.String kuangJava.reflects.User.getName()
===getMethods===public int kuangJava.reflects.User.getId()
===getMethods===public void kuangJava.reflects.User.setName(java.lang.String)
===getMethods===public void kuangJava.reflects.User.setId(int)
===getMethods===public final void java.lang.Object.wait() throws java.lang.InterruptedException
===getMethods===public final void java.lang.Object.wait(long,int) throws java.lang.InterruptedException
===getMethods===public final native void java.lang.Object.wait(long) throws java.lang.InterruptedException
===getMethods===public boolean java.lang.Object.equals(java.lang.Object)
===getMethods===public java.lang.String java.lang.Object.toString()
===getMethods===public native int java.lang.Object.hashCode()
===getMethods===public final native java.lang.Class java.lang.Object.getClass()
===getMethods===public final native void java.lang.Object.notify()
===getMethods===public final native void java.lang.Object.notifyAll()
===getDeclaredMethods===public java.lang.String kuangJava.reflects.User.getName()
===getDeclaredMethods===public int kuangJava.reflects.User.getId()
===getDeclaredMethods===public void kuangJava.reflects.User.setName(java.lang.String)
===getDeclaredMethods===private void kuangJava.reflects.User.test()
===getDeclaredMethods===public void kuangJava.reflects.User.setId(int)
public java.lang.String kuangJava.reflects.User.getName()
public void kuangJava.reflects.User.setName(java.lang.String)
===getConstructors===public kuangJava.reflects.User()
===getConstructors===public kuangJava.reflects.User(int,java.lang.String)
===getDeclaredConstructors===public kuangJava.reflects.User()
===getDeclaredConstructors===public kuangJava.reflects.User(int,java.lang.String)
指定构造器：public kuangJava.reflects.User(int,java.lang.String)

13.动态创建对象执行方法

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必须足够

思考：难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗？只要在操作的时候明确的调用类中的构造器，并将参数传递进去之后，才可以实例化操作。

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类实现

通过Class类的getMethod(String name, Class ...parameterTypes)方法取得一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的的参数类型。
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，将可访问private的方法

setAccessible

Method和Field、Constructor对象都有setAccessible()方法
setAccessible作用是启动和禁用方案安全检查的开关
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

public class Test09 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            //获取Class对象
            Class c1 = Class.forName("kuangJava.reflects.User");
            //1.构造一个对象（本质是调用了类的无参构造器）
//            User user = (User) c1.newInstance();
//            System.out.println(user);
            //2.通过构造器创建对象
//            Constructor constructor = c1.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);
//            User user2 = (User) constructor.newInstance(18, "zyy");
//            System.out.println(user2);
            //3.通过反射调用普通方法
            User user3 = (User) c1.newInstance();
            //通过反射获取一个方法
            Method setName = c1.getDeclaredMethod("setName", String.class);
            //invoke :激活的意思    (对象, "方法的值")
            setName.invoke(user3, "zyy");
            System.out.println(user3.getName());
            //反射静态方法
            Method print = c1.getDeclaredMethod("print", String.class);
            print.invoke(null, "hello");
            //4.通过反射操作属性
            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，属性或者方法的setAccessible(true)
            name.setAccessible(true);
            name.set(user4, "zyy2");
            System.out.println(user4.getName());
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class User {
    private int id;
    private String name;

    public User() {
    }

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

    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;
    }

    private void test() {

    }

    public static void print (String msg) {
        System.out.println("print:"+msg);
    }

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

14.性能对比分析

public class Test10 {
    /**
     * 普通方法
     */
    public static void normalWay() {
        User user = new User();
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
            user.getName();
        }
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("普通方法执行10亿次用时：" + (endTime - startTime) + "ms");
    }

    /**
     * 反射
     */
    public static void reflectWay() {
        try {
            User user = new User();
            Class c1 = user.getClass();
            Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
                getName.invoke(user, null);
            }
            long endTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("反射方法执行10亿次用时：" + (endTime - startTime) + "ms");
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    /**
     * 反射，关闭安全校验
     */
    public static void reflectWay2() {
        try {
            User user = new User();
            Class c1 = user.getClass();
            Method getName = c1.getDeclaredMethod("getName", null);
            getName.setAccessible(true);
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
                getName.invoke(user, null);
            }
            long endTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("反射方法(关闭校测)执行10亿次用时：" + (endTime - startTime) + "ms");
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        normalWay();
        reflectWay();
        reflectWay2();
    }
}

输出

普通方法执行10亿次用时：5ms
反射方法执行10亿次用时：3096ms
反射方法(关闭校测)执行10亿次用时：1300ms

15.获取泛型信息

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 Test11 {
    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) {
        try {
            System.out.println("打印test01方法形参的泛型");
            Method method = Test11.class.getDeclaredMethod("test01", Map.class, List.class);
            Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();
            for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
                System.out.println("#"+genericParameterType);
                if (genericParameterType instanceof ParameterizedType) {
                    Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericParameterType).getActualTypeArguments();
                    for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                        System.out.println(actualTypeArgument);
                    }
                }
            }

            System.out.println("打印test02返回值的泛型");
            method = Test11.class.getDeclaredMethod("test02");
            Type genericReturnType = method.getGenericReturnType();
            System.out.println("#"+genericReturnType);
            if (genericReturnType instanceof ParameterizedType) {
                Type[] actualTypeArguments = ((ParameterizedType) genericReturnType).getActualTypeArguments();
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    System.out.println(actualTypeArgument);
                }
            }
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

输出

打印test01方法形参的泛型
#java.util.Map<java.lang.String, kuangJava.reflects.User>
class java.lang.String
class kuangJava.reflects.User
#java.util.List<kuangJava.reflects.User>
class kuangJava.reflects.User
打印test02返回值的泛型
#java.util.Map<java.lang.String, kuangJava.reflects.User>
class java.lang.String
class kuangJava.reflects.User

16.获取注解信息

反射操作注解

getAnnotations
getAnnotation

public class Test12 {
    public static void main(String[] args) {
        //通过反射获取注解
        Class c1 = Student2.class;
        Annotation[] annotations = c1.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations) {
            System.out.println(annotation);
            //获取注解的value的值
            if (annotation instanceof TableStudent) {
                TableStudent tableStudent = (TableStudent)annotation;
                System.out.println(tableStudent.value());
            }
        }
        //获得类指定的注解
        try {
            Field id = c1.getDeclaredField("name");
            FieldStudent annotation = id.getAnnotation(FieldStudent.class);
            System.out.println(annotation.columnName());
            System.out.println(annotation.length());
            System.out.println(annotation.type());
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        /*Field[] declaredFields = c1.getDeclaredFields();
        for (Field declaredField : declaredFields) {
            FieldStudent annotation = declaredField.getAnnotation(FieldStudent.class);
            System.out.println(annotation.columnName());
            System.out.println(annotation.length());
            System.out.println(annotation.type());
        }*/
    }

}

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

/**
 * 类名的注解
 */
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface TableStudent {
    String value();
}


@TableStudent("t_student")
class Student2 {
    @FieldStudent(columnName = "id", type = "int", length = 30)
    private int id;
    @FieldStudent(columnName = "name", type = "varchar", length = 20)
    private String name;
    @FieldStudent(columnName = "age", type = "int", length = 3)
    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 +
                '}';
    }
}

输出

@kuangJava.reflects.TableStudent(value=t_student)
t_student
name
20
varchar

码农公寓