Java进阶 | 泛型机制与反射原理
# 一、泛型的概念 ## 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： ```java 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： ```java 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： ```java 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。 ## 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： ```java /** * 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： ```java /** * 扩展接口设计01 */ interface ExtCallBack01 > extends CallBack > { @Override Integer callBack (List 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： ```java public class Generic02 { public static void main(String[] args) { new ExtCallBack01 >(){ @Override public Integer 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。 ## 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： ```java 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： ```java public static void main(String[] args) throws Exception { Map 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 ## 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、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： ```java 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： ```java 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： ```java 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** ```java 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 ```  **阅读标签** 【[Java基础](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1342230680016683009#wechat_redirect)】【[设计模式](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1709518416274833422#wechat_redirect)】【[结构与算法](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1709518416274833422#wechat_redirect)】【[Linux系统](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1334314473573744641#wechat_redirect)】【[数据库](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1376212870744358913#wechat_redirect)】 【[分布式架构](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1327025063014596608#wechat_redirect)】【[微服务](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1460269376221200386#wechat_redirect)】【[大数据组件](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1701021199339667459#wechat_redirect)】【[SpringBoot进阶](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1425309486268661760#wechat_redirect)】【[Spring&Boot基础](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1461797173297135618#wechat_redirect)】 【[数据分析](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1695231212027428866#wechat_redirect)】【[技术导图](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1506615482391511042#wechat_redirect)】【 [职场](https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?__biz=MzU4Njg0MzYwNw==&action=getalbum&album_id=1719834087936278530#wechat_redirect)】
