這篇文章跟大家分析一下“Java高級特性中的泛型、反射和注解該如何理解”。內(nèi)容詳細(xì)易懂，對“Java高級特性中的泛型、反射和注解該如何理解”感興趣的朋友可以跟著小編的思路慢慢深入來閱讀一下，希望閱讀后能夠?qū)Υ蠹矣兴鶐椭?。下面跟著小編一起深入學(xué)習(xí)“Java高級特性中的泛型、反射和注解該如何理解”的知識吧。
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一、泛型介紹
在日常編程的過程中，泛型在這三個特性之中使用頻率是最高的?！狈盒汀币辉~中的泛字可以理解為泛化的意思，即由具體的、個別的擴(kuò)大為一般的。Oracle對泛型的官方定義是：泛型類型是通過類型參數(shù)化的泛型類或接口。一言以蔽之，泛型就是通過類型參數(shù)化，來解決程序的通用性設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的若干問題。
Java泛型是1.5版本后引入的特性，它主要被用于解決三類問題：
1、編譯器類型檢查
例如上圖中的實(shí)例1設(shè)計(jì)了一個簡單的Box類，在其中定義了一個private的object的屬性，同時定義了get()和set()兩個行為，其中set()用于保存object到Box內(nèi)，set()用于獲取Box中的object對象。從抽象的角度看，Box類抽象了一個用于在盒子中存放物品對象和存取的行為，存取的方法接受或者返回Object類型的對象。在這個抽象的基礎(chǔ)上，可以存放除原始類型外任意類型的對象，Object類型的聲明體現(xiàn)了面向?qū)ο笾欣^承的理念。
在實(shí)例2中，實(shí)現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)場景下對Box的使用方式。其中列舉了兩種不同的業(yè)務(wù)場景，場景一需要在Box中存放String類型的對象，場景二需要在Box中存放Integer類型的對象，這種情況下，在實(shí)際開發(fā)時，場景二中很有可能會錯誤地傳入一個String對象，導(dǎo)致運(yùn)行時錯誤的發(fā)生，而這正是因?yàn)锽ox可以被只有傳入任意類型的對象導(dǎo)致的，這種情況在集合類操作時尤為突出。例如實(shí)例3中的情況：
首先聲明了一個List類型的boxes對象，其中存放了兩個對象，一個是String類型的“aaaaa”，另一個是Integer類型的11111。在業(yè)務(wù)場景一下，使用者認(rèn)為boxes中存放的所有對象都是String類型的，因此在取出第二個對象并進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換的時候就發(fā)生了錯誤。這種情況往往讓使用者十分迷惑，明明編譯時沒有問題，但是在運(yùn)行時卻產(chǎn)生了異常。也就是說，在這種面向?qū)ο蟮某橄筮^程中，無法通過編譯來驗(yàn)證類型該如何進(jìn)行使用。
那么泛型是如何解決這類問題的呢？
Oracle意識到了上述的問題，在引入泛型之后，通過將代碼中的“public class Box”更改為“public class Box
乍一看類型變量這個詞，感覺有點(diǎn)晦澀難懂，但其實(shí)如果仔細(xì)思量一番會發(fā)現(xiàn)它其實(shí)并不難理解，上面的實(shí)例4可以理解為“在使用泛型時，可以將類型參數(shù)T傳遞給Box類型本身”，結(jié)合Oracle給出的官方定義“泛型的本質(zhì)是類型參數(shù)化”會有更深的理解。
在實(shí)例5中，在對象聲明和初始化的時候，都指定了類型參數(shù)T，在場景一種，T為String；在場景二中，T為Integer。這樣，在場景二中向IntegerBox中傳入String類型的數(shù)據(jù)“aaaaa”時，程序會報錯。實(shí)例6中的泛型集合對象的操作也與之類似，在聲明了一個List
可以看到，通過對于泛型的使用，之前的多業(yè)務(wù)場景中的問題都得到了解決，因?yàn)楝F(xiàn)在在編譯階段就可以解決之前類型不匹配的問題，而不用等到運(yùn)行時才暴露問題，只要合理使用泛型，就能在很大程度上規(guī)避此類風(fēng)險。對于泛型的使用，這種參數(shù)化類型的作用表面上看是聲明，背后其實(shí)是約定。
2、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換
再回顧一下實(shí)例3，在List類型的boxes對象中存放了兩個對象，分別是String類型的“aaaaa”和Integer類型的11111。其中存在一個問題，在對于boxes的聲明中，使用者不知道boxes的list中到底應(yīng)該存放什么類型的對象，而編譯器也不知道集合存放的數(shù)據(jù)類型，只能通過實(shí)際的業(yè)務(wù)場景來決定這個box是什么類型，采用將Object強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成String的方式，來達(dá)到業(yè)務(wù)要求的效果。
在使用泛型之后，解決了這種場景下必須進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換的問題。如實(shí)例7中，通過泛型聲明，指定集合內(nèi)元素的類型參數(shù)為String類型，這樣編譯器就直接知曉了元素的類型，而無需依靠實(shí)際的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而解決了這類類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的問題。
3、可讀性和靈活性
泛型除了能進(jìn)行編譯器類型檢查和規(guī)避類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換外，還能有效地提高代碼的可讀性。對于實(shí)例3，如果不使用泛型，當(dāng)一個不清楚業(yè)務(wù)場景的人在對集合進(jìn)行操作時，無法知道list中存儲的是什么類型的對象，如果使用了泛型，就能夠通過其類型參數(shù)判斷出當(dāng)前的業(yè)務(wù)場景，也增加了代碼的可讀性，同時也可以大膽地在抽象繼承的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)了。
泛型使用上的靈活性體現(xiàn)在很多方面，因?yàn)樗旧韺?shí)質(zhì)上就是對于繼承在使用上的一種增強(qiáng)。因?yàn)榉盒驮诰唧w工作時，當(dāng)編譯器在編譯源碼的時候，首先要進(jìn)行泛型類型參數(shù)的檢查，檢查出類型不匹配等問題，然后進(jìn)行類型擦除并同時在類型參數(shù)出現(xiàn)的位置插入強(qiáng)制轉(zhuǎn)換指令，從而實(shí)現(xiàn)泛型。
除了上述的基礎(chǔ)用法之外，泛型還有幾種特殊的高階用法：
通配符的設(shè)計(jì)存在一定的場景，例如在使用泛型后，首先聲明了一個Animal的類，而后聲明了一個繼承自Animal類的Cat類，顯然Cat類是Animal類的子類，但是List
1、 上界通配符
上界通配符顧名思義，表示的是類型的上界（包含自身），因此通配的參數(shù)化類型可能是T或T的子類。正因?yàn)闊o法確定具體的類型是什么，add方法受限（可以添加null，因?yàn)閚ull表示任何類型），但可以從列表中獲取元素后賦值給父類型。如上圖中的第一個例子，第三個add()操作會受限，原因在于List
2、 下界通配符
下界通配符表示的是參數(shù)化類型是T的超類型（包含自身），層層至上，直至Object，編譯器無從判斷get()返回的對象的類型是什么，因此get()方法受限。但是可以進(jìn)行add()方法，add()方法可以添加T類型和T類型的子類型，如第二個例子中首先添加了一個Cat類型對象，然后添加了兩個Cat子類類型的對象，這種方法是可行的，但是如果添加一個Animal類型的對象，顯然將繼承的關(guān)系弄反了，是不可行的。
3、 無界通配符
在理解了上界通配符和下界通配符之后，其實(shí)也自然而然的理解了無界通配符。無界通配符用表示，?代表了任何的一種類型，能代表任何一種類型的只有null（Object本身也算是一種類型，但卻不能代表任何一種類型，所以List
二、反射機(jī)制
反射是Java語言本身具備的一個重要的動態(tài)機(jī)制。用一句話來解釋反射的定義：自控制，自描述。即通過反射可以動態(tài)的獲取類、屬性、方法的信息，也能構(gòu)造對象并控制對象的屬性和行為。
上圖中有一個Apple類，它有兩個構(gòu)造器、一個屬性和get()、set()兩個行為。在左側(cè)的“自描述”中主要是嘗試在動態(tài)的過程中借助反射獲取Apple類的構(gòu)造器信息和對應(yīng)的參數(shù)個數(shù)、類的屬性信息和類的方法信息。其中有一個Class類型，它可以產(chǎn)生Class對象被ClassLoader加載，從而在jvm中實(shí)現(xiàn)對它的調(diào)用。在這段程序中，打印了一些類的信息、類的屬性信息和類的方法信息。在右側(cè)的“自控制”的代碼中，實(shí)現(xiàn)了在運(yùn)行的過程中創(chuàng)建了一些對象并觸發(fā)這個對象的一些行為，最后還嘗試對對象的屬性進(jìn)行賦值。反射的基本使用方法較為簡單，但是這種機(jī)制卻增強(qiáng)了Java語言的靈活性。
如上圖所示，非反射的Java類的大致運(yùn)行流程是：編寫源文件Apple.java，然后編譯器將其編譯成字節(jié)碼文件Apple.class，最后加載到j(luò)vm中并運(yùn)行。而采用反射的方式時，編譯器一開始對其類型（編譯類型和動態(tài)類型）是一無所知的，只有在運(yùn)行過后，編譯器才知道其真正的類型。
反射的優(yōu)勢主要在于兩點(diǎn)：
在一些場景中，這種“未知類型”實(shí)際上大大增強(qiáng)了程序運(yùn)行時的靈活性，但是其性能會有一些損耗；
對于對象的類型可以在運(yùn)行時判斷，這樣的特性實(shí)質(zhì)上是對多態(tài)極大地增強(qiáng)，進(jìn)一步地將上層的抽象與下層的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行解耦。
這兩點(diǎn)在JDBC Driver中體現(xiàn)的非常明顯，例如上圖中的實(shí)例中，JDBC的驅(qū)動加載方式是通過反射機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，從而保證運(yùn)行時可以動態(tài)選擇要加載的驅(qū)動程序，程序靈活性大大增強(qiáng)。另外，JDBC只是設(shè)計(jì)了驅(qū)動需要實(shí)現(xiàn)的接口，并不關(guān)心驅(qū)動廠商的個數(shù)和實(shí)現(xiàn)方式，只要安裝統(tǒng)一的規(guī)范即可，至于類型的判斷和具體方法的觸發(fā)，交給運(yùn)行期動態(tài)判斷即可，這種反射機(jī)制的使用淋漓盡致的體現(xiàn)了多態(tài)，并且降低了類與類之間的耦合度。
三、注解的使用
注解是在1.5版本引入的，現(xiàn)在已經(jīng)成為日常程序開發(fā)中非常重要的一部分。注解是一種元數(shù)據(jù)，本身沒有任何作用，如果要有，必須依附在具體的對象上，在日常使用中最常見的兩個注解是@Override和@Deprecated。
先不考慮注解具體的概念、用法和如何工作等問題，注解與“標(biāo)簽”的概念十分相似，@Override可以理解為在方法上添加了一個標(biāo)簽，其代表的就是“這是一個繼承關(guān)系中，子類已經(jīng)重寫的方法?！备M(jìn)一步理解，這個標(biāo)簽在某個方法上加上之后，如果父類中沒有該方法，那么在編譯的時候就會報錯，而且可以解決在繼承場景下一些不留心將方法名拼錯的情況，同時增強(qiáng)了一些程序的可讀性。
如上圖所示，同樣以@Override為例，對注解進(jìn)行進(jìn)一步的提取和抽象。具體抽象出了四個方面：首先在作用域方面，它只能作用于子類重寫的方法上；其次在生命周期方面，注解只是在編譯時進(jìn)行檢查，在編譯結(jié)束后便沒有了任何作用；除此之外，在文檔支持方面，為例解決可讀性的問題，設(shè)計(jì)了@Documented的注解，用來表示注解的說明注釋是否包含在JavaDoc中；在層級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)了@inherited用來表示注解是否可以被子類繼承。
在上圖中定義了一個蘋果描述注解，包含了@Target、@Retention、@Inherited和@Documented四個注解，表示它生命周期是程序運(yùn)行的聲明周期、可以被子類繼承、文檔可以被包含。在設(shè)計(jì)出這個注解之后，可以將其用在前文中的Apple實(shí)例上，如圖中在類和方法上各添加了一個注解，在添加完后，便可以配合反射看到注解的效果，這樣可以更好的加強(qiáng)其自描述的能力和配置的靈活性。
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