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反射,枚举以及lambda表达式

news 来源：原创 2024/7/2 16:03:29

【本节目标】
1. 掌握反射
2. 掌握枚举
3. 掌握lambda表达式使用

反射

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。

2 用途(了解)

1. 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 .
2. 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。

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。

4 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

4.1 Class类(反射机制的起源 )

Java文件被编译后，生成了.class文件，JVM此时就要去解读.class文件 ,被编译后的Java文件.class也被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，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 .

4.1.1 Class类中的相关方法(方法的使用方法在后边的示例当中)

(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)常用获得类中属性相关的方法(以下方法返回值为Field

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
getDeclaredFields() 获得所有属性对象

(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
getDeclaredAnnotations() 返回该类所有的注解对象

(重要)获得类中构造器相关的方法（以下方法返回值为Constructor

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
getDeclaredConstructors() 获得该类所有构造方法

(重要)获得类中方法相关的方法（以下方法返回值为Method

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
getDeclaredMethods() 获得该类所有方法

4.2 反射示例

4.2.1 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.

第一种，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。
第二种，使用 .class 方法。
说明：仅适合在编译前就已经明确要操作的 Class
第三种，使用类对象的 getClass() 方法

/**
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* Time: 15:24
*/
class Student{//私有属性nameprivate String name = "bit";
//公有属性agepublic int age = 18;//不带参数的构造方法public Student(){System.out.println("Student()");}private Student(String name,int age) {this.name = name;this.age = age;System.out.println("Student(String,name)");}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);}@Overridepublic String toString() {return "Student{" +"name='" + name + '\'' +", age=" + age +'}';}
}
public class TestDemo {public static void main(String[] args) {/*1.通过getClass获取Class对象*/Student s1 = new Student();Class c1 = s1.getClass();/*2.直接通过 类名.class 的方式得到,该方法最为安全可靠，程序性能更高这说明任何一个类都有一个隐含的静态成员变量 class*/Class c2 = Student.class;/*3、通过 Class 对象的 forName() 静态方法来获取，用的最多，但可能抛出 ClassNotFoundException 异常*/Class c3 = null;try {//注意这里是类的全路径，如果有包需要加包的路径
c3 = Class.forName("Student");} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}//一个类在 JVM 中只会有一个 Class 实例,即我们对上面获取的//c1,c2,c3进行 equals 比较，发现都是trueSystem.out.println(c1.equals(c2));System.out.println(c1.equals(c3));System.out.println(c2.equals(c3));}
}

4.2.2 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.

注意：所有和反射相关的包都在 import java.lang.reflect 包下面.

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
/**
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*/
public class ReflectClassDemo {// 创建对象public static void reflectNewInstance() {try {Class<?> classStudent = Class.forName("Student");Object objectStudent = classStudent.newInstance();Student student = (Student) objectStudent;System.out.println("获得学生对象："+student);} catch (Exception ex) {ex.printStackTrace();}}// 反射私有的构造方法 屏蔽内容为获得公有的构造方法public static void reflectPrivateConstructor() {try {Class<?> classStudent = Class.forName("Student");//注意传入对应的参数Constructor<?> declaredConstructorStudent = classStudent.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);//Constructor<?> declaredConstructorStudent = classStudent.getConstructor();//设置为true后可修改访问权限declaredConstructorStudent.setAccessible(true);Object objectStudent = declaredConstructorStudent.newInstance("高博",15);//Object objectStudent = declaredConstructorStudent.newInstance();Student student = (Student) objectStudent;System.out.println("获得私有构造哈数且修改姓名和年龄："+student);} catch (Exception ex) {ex.printStackTrace();}}// 反射私有属性public static void reflectPrivateField() {try {Class<?> classStudent = Class.forName("Student");Field field  = classStudent.getDeclaredField("name");field.setAccessible(true);//可以修改该属性的值Object objectStudent = classStudent.newInstance();Student student = (Student) objectStudent;field.set(student,"小明");String name = (String) field.get(student);System.out.println("反射私有属性修改了name："+ name);} catch (Exception ex) {ex.printStackTrace();}}// 反射私有方法public static void reflectPrivateMethod() {try {Class<?> classStudent = Class.forName("Student");Method methodStudent = classStudent.getDeclaredMethod("function",String.class);System.out.println("私有方法的方法名为："+methodStudent.getName());//私有的一般都要加methodStudent.setAccessible(true);Object objectStudent = classStudent.newInstance();Student student = (Student) objectStudent;methodStudent.invoke(student,"我是给私有的function函数传的参数");} catch (Exception ex) {ex.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {//reflectNewInstance();//reflectPrivateConstructor();//reflectPrivateField();reflectPrivateMethod();}
}

5、反射优点和缺点

优点：
1. 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
2. 增加程序的灵活性和扩展性，降低耦合性，提高自适应能力
3. 反射已经运用在了很多流行框架如：Struts、Hibernate、Spring 等等。

缺点：
1. 使用反射会有效率问题。会导致程序效率降低。具体参考这里：http://www.imooc.com/article/293679
2. 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。

枚举

1.概念

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:

public static  final int RED = 1;
public static  final int GREEN = 2;
public static  final int BLACK = 3;

但是常量举例有不好的地方，例如：可能碰巧有个数字1，但是他有可能误会为是RED，现在我们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。而不是普通的整形1.

public enum TestEnum {RED,BLACK,GREEN;
}

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 ，但是其默认继承了这个类。

2 枚举使用

1、switch语句

public enum TestEnum {
  RED,BLACK,GREEN,WHITE;
  public static void main(String[] args) {
    TestEnum testEnum2 = TestEnum.BLACK;

switch (testEnum2) {
      case RED:
        System.out.println("red");
        break;
      case BLACK:
        System.out.println("black");
        break;
      case WHITE:
        System.out.println("WHITE");
        break;
      case GREEN:
        System.out.println("black");
        break;
      default:
        break;
   }
}
}

2、常用方法

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

示例一：

/**
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* Date: 2020-02-06
* Time: 16:19
*/
public enum TestEnum {RED,BLACK,GREEN,WHITE;public static void main(String[] args) {TestEnum[] testEnum2 =  TestEnum.values();for (int i = 0; i < testEnum2.length; i++) {System.out.println(testEnum2[i] + " " + testEnum2[i].ordinal());}System.out.println("=========================");System.out.println(TestEnum.valueOf("GREEN"));}
}

示例二：

/**
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*/
public enum TestEnum {RED,BLACK,GREEN,WHITE;public static void main(String[] args) {//拿到枚举实例BLACKTestEnum testEnum = TestEnum.BLACK;//拿到枚举实例REDTestEnum testEnum21 = TestEnum.RED;System.out.println(testEnum.compareTo(testEnum21));System.out.println(BLACK.compareTo(RED));System.out.println(RED.compareTo(BLACK));}
}

刚刚说过，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：

重要：枚举的构造方法默认是私有的

/**
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*/
public enum TestEnum {RED("red",1),BLACK("black",2),WHITE("white",3),GREEN("green",4);private  String name;private  int key;/*** 1、当枚举对象有参数后，需要提供相应的构造函数* 2、枚举的构造函数默认是私有的 这个一定要记住* @param name* @param key*/private TestEnum (String name,int key) {this.name = name;this.key = key;}public static TestEnum getEnumKey (int key) {
for (TestEnum t: TestEnum.values()) {if(t.key == key) {return t;}}return null;}public static void main(String[] args) {System.out.println(getEnumKey(2));}
}

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

Lambda表达式

1 背景

Lambda表达式是Java SE 8中一个重要的新特性。lambda表达式允许你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）。

1.1 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:

1. paramaters：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。
2. ->：可理解为“被用于”的意思
3. 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)

1.2 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：

1. 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
2. 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。

@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {
//注意：只能有一个方法void test();
}

但是这种方式也是可以的.

default是jdk8以后提出的

@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {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");}
}

2 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);
}

我们在上面提到过，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：

NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = new NoParameterNoReturn(){@Overridepublic void test() {System.out.println("hello");}
};
noParameterNoReturn.test();

具体使用见以下示例代码：

public class TestDemo {public static void main(String[] args) {NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->{System.out.println("无参数无返回值");};noParameterNoReturn.test();OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn = (int a)->{System.out.println("一个参数无返回值："+ a);};oneParameterNoReturn.test(10);MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = (int a,int b)->{System.out.println("多个参数无返回值："+a+" "+b);};moreParameterNoReturn.test(20,30);NoParameterReturn noParameterReturn = ()->{System.out.println("有返回值无参数！");return 40;};//接收函数的返回值int ret = noParameterReturn.test();System.out.println(ret);OneParameterReturn oneParameterReturn = (int a)->{System.out.println("有返回值有一个参数！");return a;};ret = oneParameterReturn.test(50);System.out.println(ret);MoreParameterReturn moreParameterReturn = (int a,int b)->{System.out.println("有返回值多个参数！");return a+b;};ret = moreParameterReturn.test(60,70);System.out.println(ret);}
}

2.1 语法精简

1. 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。
2. 参数的小括号里面只有一个参数，那么小括号可以省略
3. 如果方法体当中只有一句代码，那么大括号可以省略
4. 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。

示例代码:

public static void main(String[] args) {MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = ( a, b)->{System.out.println("无返回值多个参数，省略参数类型："+a+" "+b);};moreParameterNoReturn.test(20,30);OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn = a ->{System.out.println("无参数一个返回值,小括号可以胜率："+ a);};oneParameterNoReturn.test(10);NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->System.out.println("无参数无返回值，方法体中只有一行代码");noParameterNoReturn.test();//方法体中只有一条语句，且是return语句NoParameterReturn noParameterReturn = ()-> 40;int ret = noParameterReturn.test();System.out.println(ret);
}

3 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。

3.1 匿名内部类

匿名内部类就是没有名字的内部类。我们这里只是为了说明变量捕获，所以，匿名内部类只要会使用就好，那么下面我们来，简单的看看匿名内部类的使用就好了。

/**
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* Time: 16:16
*/
class Test {
public void func(){System.out.println("func()");}
}
public class TestDemo {public static void main(String[] args) {new Test(){@Overridepublic void func() {System.out.println("我是内部类，且重写了func这个方法！");}};}
}

在上述代码当中的main函数当中，我们看到的就是一个匿名内部类的简单的使用。

3.2 匿名内部类的变量捕获

class Test {public void func(){System.out.println("func()");}
}
public class TestDemo {public static void main(String[] args) {int a = 100;new Test(){@Overridepublic void func() {System.out.println("我是内部类，且重写了func这个方法！");System.out.println("我是捕获到变量 a == "+a+" 我是一个常量，或者是一个没有改变过值的变量！");}};}
}

在上述代码当中的变量a就是，捕获的变量。这个变量要么是被final修饰，如果不是被final修饰的你要保证在使用之前，没有修改。如下代码就是错误的代码。

public class TestDemo {public static void main(String[] args) {int a = 100;new Test(){@Overridepublic void func() {a = 99;System.out.println("我是内部类，且重写了func这个方法！");System.out.println("我是捕获到变量 a == "+a+" 我是一个常量，或者是一个没有改变过值的变量！");
}};}
}

该代码直接编译报错。

3.3 Lambda的变量捕获

@FunctionalInterface
interface NoParameterNoReturn {void test();
}
public static void main(String[] args) {int a = 10;NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = ()->{// a = 99; errorSystem.out.println("捕获变量："+a);};noParameterNoReturn.test();
}

4 Lambda在集合当中的使用

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。

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()

以上方法的作用可自行查看我们发的帮助手册。我们这里会示例一些方法的使用。注意：Collection的forEach()方法是从接口 java.lang.Iterable 拿过来的。

4.1 Collection接口

forEach() 方法演示
该方法在接口 Iterable 当中，原型如下：

default void forEach(Consumer<? super T> action) {Objects.requireNonNull(action);for (T t : this) {action.accept(t);}
}

该方法表示：对容器中的每个元素执行action指定的动作。

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>(){@Overridepublic void accept(String str){//简单遍历集合中的元素。System.out.print(str+" ");}});}

输出结果：Hello bit hello lambda
我们可以修改为如下代码：

public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("Hello");list.add("bit");list.add("hello");list.add("lambda");//表示调用一个，不带有参数的方法，其执行花括号内的语句，为原来的函数体内容。list.forEach(s -> {System.out.println(s);});
}

输出结果：Hello bit hello lambda

4.2 List接口

sort()方法的演示
sort方法源码：该方法根据c指定的比较规则对容器元素进行排序

public void sort(Comparator<? super E> c) {final int expectedModCount = modCount;Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);if (modCount != expectedModCount) {throw new ConcurrentModificationException();}modCount++;
}

使用示例：

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>() {@Overridepublic int compare(String str1, String str2){//注意这里比较长度return str1.length()-str2.length();}});System.out.println(list);
}

输出结果：bit, Hello, hello, lambda
修改为lambda表达式：

public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("Hello");list.add("bit");list.add("hello");list.add("lambda");//调用带有2个参数的方法，且返回长度的差值list.sort((str1,str2)-> str1.length()-str2.length());System.out.println(list);
}

输出结果：bit, Hello, hello, lambda

4.3 Map接口

HashMap 的 forEach()
该方法原型如下:

default void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {Objects.requireNonNull(action);for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {K k;V v;try {k = entry.getKey();v = entry.getValue();} catch(IllegalStateException ise) {// this usually means the entry is no longer in the map.throw new ConcurrentModificationException(ise);}action.accept(k, v);}
}

作用是对Map中的每个映射执行action指定的操作。
代码示例：

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>(){@Overridepublic void accept(Integer k, String v){System.out.println(k + "=" + v);}});
}

输出结果：
1=hello 2=bit 3=hello 4=lambda
使用lambda表达式后的代码：

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((k,v)->  System.out.println(k + "=" + v));
}

5 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：
1. 代码简洁，开发迅速
2. 方便函数式编程
3. 非常容易进行并行计算
4. Java 引入 Lambda，改善了集合操作
缺点：
1. 代码可读性变差
2. 在非并行计算中，很多计算未必有传统的 for 性能要高
3. 不容易进行调试