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<Integer,String> 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<K,V> {
   V get(Object key);
   V put(K key, V value);
}

在Map接口中，<K,V>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<K,V>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 <R> 返参类型
* @param <V> 入参类型
*/
interface CallBack<R,V> {
   /**
    * 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<R extends Integer,V extends List<String>>
                       extends CallBack<Integer,List<String>> {
   @Override
   Integer callBack (List<String> list) ;
}
/**
* 扩展接口设计01
*/
interface ExtCallBack02<R extends Boolean,V extends Map<String,Long>>
       extends CallBack<Boolean,Map<String,Long>> {
   @Override
   Boolean callBack (Map<String,Long> 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<Integer,List<String>>(){
           @Override
           public Integer callBack(List<String> list) {
               list.add("hello");
               return list.size();
           }
       };
       new ExtCallBack02<Boolean,Map<String,Long>> (){
           @Override
           public Boolean callBack(Map<String, Long> 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<String> defEntry1 = new DefEntry<>("hello") ;
       DefEntry<Long> defEntry2 = new DefEntry<>(999L) ;
       // Always True
       System.out.println(defEntry1.getClass()==defEntry2.getClass());
   }
}
class DefEntry<T> {
   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<String, String> map = new HashMap<>();
   Method method = 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@email.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

来源：https://www.cnblogs.com/cicada-smile/p/14921069.html