JavaSE第24篇：反射、註解、單元測試

阿新 • • 發佈：2020-09-11

核心概述：在後面的JavaWeb篇幅中，我們將會學習到Web相關的框架，若想要更好的從底層理解框架，那麼我們不得不深入學習Java的反射機制，本篇我們將學習反射、註解、單元測試以及lombok外掛的使用。

第一章：類的載入器
第二章：反射
第三章：單元測試
- 3.1-測試分類（瞭解）
- 3.2-Junit（瞭解）
第四章：註解
第五章：lombok

第一章：類的載入器

1.1-類的載入器介紹（瞭解）

什麼是類載入器

類載入器（class loader）用來載入 Java 類到 Java 虛擬機器。

類的載入器時機

建立類的例項。
類的靜態變數，或者為靜態變數賦值。
類的靜態方法。
使用反射方式來強制建立某個類或介面對應的java.lang.Class物件。

初始化某個類的子類。
直接使用java.exe命令來執行某個主類。

以上6個情況，只要有1個出現，那麼類的載入器就會將這個類的class檔案載入到記憶體中，我們就可以使用這個類了。java.lang.ClassLoader：是類的載入器的父類。

載入器的種類

引導類載入器BootstrapClassLoader。
擴充套件類載入器ExtClassLoader
應用類載入器AppClassLoader

1.2-引導類載入器（瞭解）

引導類載入器BootstrapClassLoader：是C++語言編寫，負責載入JDK核心類庫，核心類庫位置\jdk\jre\lib\下的jar包。

由於引導類載入器器在JVM內部，開發人員是不能直接操作的。

ClassLoader loader = String.class.getClassLoader();

程式的輸出結果是null，C++編寫的載入器，根本就不是Java中的類。

1.3-擴充套件類載入器（瞭解）

擴充套件類載入器ExtClassLoader：Java語言編寫的類載入器，負責載入JDK擴充套件類庫，類庫位置\jdk\lib\ext\下的jar包。

ClassLoader loader = DNSNameService.class.getClassLoader();
System.out.println(loader);

程式的輸出結果是：sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@45ee12a7，ExtClassLoader類繼承URLClassLoader，URLClassLoader繼承SecureClassLoader，SecureClassLoader繼承ClassLoader。

1.4-應用類載入器（瞭解）

應用類載入器AppClassLoader：Java語言編寫的類載入器，負責載入我們定義的類和第三方jar包中的類。

ClassLoader loader = Test.class.getClassLoader();
System.out.println(loader);

程式的輸出結果是：sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2，AppClassLoader繼承URLClassLoader，URLClassLoader繼承SecureClassLoader，SecureClassLoader繼承ClassLoader。

1.5-類載入器的雙親委派（瞭解）

ClassLoader類定義了方法 ClassLoader getParent()：返回父類載入器。

//獲取自己定義類的載入器，結果為AppClassLoader
ClassLoader loader = Test.class.getClassLoader();
//獲取AppClassLoader的父類載入器，結果為ExtClassLoader
System.out.println(loader.getParent());
//獲取ExtClassLoader的父類載入器，結果為null
System.out.println(loader.getParent().getParent());

結論： AppClassLoader的父類載入器是ExtClassLoader，ExtClassLoader的父類載入器是Bootstrap。

注意：ExtClassLoader是AppClassLoader的父載入器，並不是父類，他們沒有繼承關係。

誰用誰載入：當A類中使用了B類，那麼負責載入A類的載入器要去載入B類。

雙親委派機制：當AppClassLoader收到一個載入類的請求時，會先讓他的父類載入器ExtClassLoader嘗試載入，ExtClassLoader也會讓他的父類載入器Bootstrap嘗試載入，如果Bootstrap能載入，就載入該類。如果Bootstrap不能載入，則ExtClassLoader會進行載入，如果也不能載入，AppClassLoader會進行載入。

1.6-Class物件的建立（瞭解）

當一個類的class檔案被類載入器載入到記憶體後，類的載入器會創建出此class檔案的物件。class檔案的物件是Class類的物件，是反射技術的基石。

第二章：反射

2.1-什麼是反射（瞭解）

Java反射機制指的是在Java程式執行狀態中，對於任何一個類，都可以獲得這個類的所有屬性和方法；對於給定的一個物件，都能夠呼叫它的任意一個屬性和方法。這種動態獲取類的內容以及動態呼叫物件的方法稱為反射機制。

Java的反射機制允許程式設計人員在對類未知的情況下，獲取類相關資訊的方式變得更加多樣靈活，呼叫類中相應方法，是Java增加其靈活性與動態性的一種機制。

2.2-獲取Class物件的方式（重要）

獲取方式

示例

Student類

public class Student {
    private String name;
    private int age;
    public Student(){
    }
    public Student(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public void study(){
        System.out.println("學生在學習");
    }

    public void eat(String s,double d){
        System.out.println("帶引數方法:"+s+"::"+d);
    }
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

獲取Student類的class檔案物件：

public static void main(String[] args)throws Exception{
    Student student = new Student(); 
    Class c1 = student.getClass();
    System.out.println(c1);
    Class c2 = Student.class;
    System.out.println(c2);
    Class c3 = Class.forName("com.it.communication.Student");
    System.out.println(c3);
}

2.3-反射獲取構造方法（重要）

獲取Constructor類的方式

方式1：Constructor[] getConstructors(),獲取所有的public修飾的構造方法。

方式2：Constructor getConstructor(Class... parameterTypes) ，根據引數型別獲取構造方法物件，只能獲得public修飾的構造方法。如果不存在對應的構造方法，則會丟擲 java.lang.NoSuchMethodException 異常。引數是可變引數,呼叫此方法時,可以不寫引數,獲取的空參構造。比如：

引數 String name,int age
呼叫此方法: String.class,int.class

Constructor類常用方法

T newInstance(Object... initargs) ，根據指定引數建立物件。
T newInstance()，空參構造方法建立物件。

獲取無引數的構造方法

public static void main(String[] args)throws Exception{
    Class cla = Class.forName("com.it.communication.Student");
    //獲取無引數構造方法
    Constructor constructor = cla.getConstructor();
    //執行構造方法
    Object object =  constructor.newInstance();
    System.out.println(object);
}

獲取有參構造方法

public static void main(String[] args)throws Throwable{
    Class cla = Class.forName("com.it.communication.Student");
    //獲取有引數構造方法
    Constructor constructor = cla.getConstructor(String.class, int.class);
    //執行構造方法，傳遞實際引數
    Object object = constructor.newInstance("張三",20);
    System.out.println(object);

}

反射獲取構造方法的簡單方式

Class類中定義了方法 T newInstance()，可以直接執行獲取到的構造方法。

要求：被反射的類中必須有public許可權的無引數構造方法。

public static void main(String[] args)throws Throwable{
    Class cla = Class.forName("com.it.communication.Student");
    Object object = cla.newInstance();
    System.out.println(object);
}

2.4-反射獲取成員方法（重要）

獲取Method的方式

方式1： Method[] getMethods()，獲取所有的public修飾的成員方法，包括父類中的方法。

方式2：Method getMethod("方法名", 方法的引數型別... 型別) ，根據方法名和引數型別獲得一個方法物件，只能是獲取public修飾的

Method類中常用方法

方法：Object invoke(Object obj, Object... args)

返回值Object，表示呼叫方法後，該方法的返回值
根據引數args呼叫物件obj的該成員方法
如果obj=null，則表示該方法是靜態方法

反射獲取無引數方法

public static void main(String[] args)throws Throwable{
    Class cla = Class.forName("com.it.communication.Student");
    Object object = cla.newInstance();
    //獲取study方法
    Method method = cla.getMethod("study");
    //執行方法，傳遞物件
    method.invoke(object);
}

反射獲取有引數方法

public static void main(String[] args)throws Throwable{
    Class cla = Class.forName("com.it.communication.Student");
    Object object = cla.newInstance();
    //獲取有引數的方法eat
    Method method = cla.getMethod("eat",String.class,double.class);
    //呼叫eat方法，傳遞實際引數
    method.invoke(object,"吃飯",9.9);
}

2.5-反射案例（練習）

需求

本案例目的，體驗反射的靈活性。

需求：寫一個"框架"，不能改變該類的任何程式碼的前提下，可以幫我們建立任意類的物件，並且執行其中任意方法。

實現方式和步驟

實現方式：配置檔案 + 反射

實現步驟：

將需要建立的物件的全類名和需要執行的方法定義在配置檔案中
在程式中載入讀取配置檔案
使用反射技術來載入類檔案進記憶體
建立物件
執行方法

注意：需要將配置檔案放在src目錄下，放在src目錄下的任何檔案，都會被編譯到classes目錄下，這樣做的目的是為了讓配置檔案跟隨編譯後的class檔案一起，因為交付使用者使用的是class檔案，而不是原始碼。

如何讀取src目錄下的檔案：使用類的載入器ClassLoader類的方法 :InputStream getResourceAsStream(String name)

此方法返回輸入流，該流從類目錄下讀取檔案
引數傳遞檔名

配置檔案

properties檔案：pro.properties

className=com.it.domain.Student
methodName=sleep

學生類

Student類

package com.it.domain;

public class Student {
    public void sleep(){
        System.out.println("sleep...");
    }
}

反射測試類

RefectTest類

public static void main(String[] args)throws Throwable{
    //獲取RefectTest類的載入器
    ClassLoader classLoader = RefectTest.class.getClassLoader();
    //載入器獲取輸入流，讀取pro.properties檔案
    InputStream inputStream = classLoader.getResourceAsStream("pro.properties");
    Properties properties = new Properties();
    //集合IO關聯
    properties.load(inputStream);
    //獲取集合中的鍵值對，類名
    String className = properties.getProperty("className");
    //獲取集合中的鍵值對，方法名
    String methodName = properties.getProperty("methodName");
    //反射獲取指定類的class檔案物件
    Class cla = Class.forName(className);
    Object object = cla.newInstance();
    //獲取指定的方法
    Method method = cla.getMethod(methodName);
    //執行方法
    method.invoke(object);
}

第三章：單元測試

3.1-測試分類（瞭解）

黑盒測試：不需要寫程式碼，給輸入值，看程式是否能夠輸出期望的值。
白盒測試：需要寫程式碼的。關注程式具體的執行流程。

3.2-Junit（瞭解）

概述

Junit是一個Java語言的單元測試框架，屬於白盒測試，簡單理解為可以用於取代java的main方法。Junit屬於第三方工具，需要匯入jar包後使用。

jar包下載

連結：https://pan.baidu.com/s/1XO4TZk5iVT0y2vNXOVyr9g
提取碼：cmcq

使用步驟

步驟：

編寫測試類，簡單理解Junit可以用於取代java的main方法。
在測試類方法上添加註解 @Test。
@Test修飾的方法要求：public void 方法名() {…} ，方法名自定義建議test開頭，沒有引數。
新增Junit庫到lib資料夾中，然後進行jar包關聯。

使用：點選方法左側綠色箭頭，執行當前方法（方法必須標記@Test）。執行結果紅色：代表失敗；執行結果綠色：代表成功。

哪個方法想使用單元測試,就在方法上,添加註解: @Test

注意:

該方法的返回值型別,必須寫為void
該方法必須沒有引數列表

執行:

方法上右鍵執行,執行的是含有@Test註解的方法
類上右鍵執行,執行的是類當中含有@Test註解的所有方法
綠條: 正常執行
紅條: 出現問題,異常了

常用註解

@Test，用於修飾需要執行的測試方法。
@Before，修飾的方法會在測試方法之前被自動執行。
@After，修飾的方法會在測試方法執行之後自動被執行。

第四章：註解

4.1-概述（瞭解）

什麼是註解

註解（Annotation），也叫元資料。一種程式碼級別的說明。它是JDK1.5及以後版本引入的一個特性，與類、介面、列舉是在同一個層次。它可以宣告在包、類、欄位、方法、區域性變數、方法引數等的前面，用來對這些元素進行說明，註釋。

註解的作用

編寫文件：通過程式碼裡標識的註解生成文件【例如，生成文件doc文件】
程式碼分析：通過程式碼裡標識的註解對程式碼進行分析【例如，註解的反射】
編譯檢查：通過程式碼裡標識的註解讓編譯器能夠實現基本的編譯檢查【例如，Override】

常見註解

@author：用來標識作者名
@version：用於標識物件的版本號，適用範圍：檔案、類、方法。
@Override ：用來修飾方法宣告，告訴編譯器該方法是重寫父類中的方法，如果父類不存在該方法，則編譯失敗。

4.2-自定義註解（重要）

定義格式

元註解

public @interface 註解名稱{
	屬性列表;
}

註解本質上就是一個介面，該介面預設繼承Annotation介面。

public @interface MyAnno extends java.lang.annotation.Annotation {}

任何一個註解，都預設的繼承Annotation介面。

註解的屬性

屬性的作用：可以讓使用者在使用註解時傳遞引數，讓註解的功能更加強大。

屬性的格式：

格式1：資料型別屬性名();
格式2：資料型別屬性名() default 預設值;

示例

public @interface Student {
  String name(); // 姓名
  int age() default 18; // 年齡
  String gender() default "男"; // 性別
} 
// 該註解就有了三個屬性：name，age，gender

屬性適用的資料型別

八種基本資料型別（int,float,boolean,byte,double,char,long,short)。
String型別，Class型別，列舉型別，註解型別。
以上所有型別的一維陣列。

4.3-使用自定義註解（重要）

在程式中使用(解析)註解的步驟（獲取註解中定義的屬性值)

獲取註解定義的位置的物件（Class，Method,Field）
獲取指定的註解 getAnnotation(Class)
呼叫註解中的抽象方法獲取配置的屬性值

使用格式

@註解名(屬性名=屬性值,屬性名=屬性值,屬性名=屬性值...)

示例

首先，定義一個註解Book

包含屬性：String value() 書名
包含屬性：double price() 價格，預設值為 100
包含屬性：String[] authors() 多位作者

程式碼實現

public @interface Book {
    // 書名
    String value();
    // 價格
    double price() default 100;
    // 多位作者
    String[] authors();
}

使用註解

/**
 * @author itleilei
 * @version 1.0
 */
public class BookShelf {
  
    @Book(value = "西遊記",price = 998,authors = {"吳承恩","白求恩"})
    public void showBook(){

    }
}

注意事項

如果屬性有預設值，則使用註解的時候，這個屬性可以不用賦值。
如果屬性沒有預設值，那麼在使用註解時一定要給屬性賦值。

特殊屬性Value

當註解中只有一個屬性且名稱是value，在使用註解時給value屬性賦值可以直接給屬性值，無論value是單值元素還是陣列型別。

// 定義註解Book
public @interface Book {
    // 書名
    String value();
}

// 使用註解Book
public class BookShelf {
    @Book("西遊記")
    public void showBook(){

    }
}
或
public class BookShelf {
    @Book(value="西遊記")
    public void showBook(){

    }
}

如果註解中除了value屬性還有其他屬性，且至少有一個屬性沒有預設值，則在使用註解給屬性賦值時，value屬性名不能省略。

// 定義註解Book
public @interface Book {
    // 書名
    String value();
    // 價格
    double price() default 100;
    // 多位作者
    String[] authors();
}
// 使用Book註解：正確方式
@Book(value="紅樓夢",authors = "曹雪芹")
public class BookShelf {
  // 使用Book註解：正確方式
    @Book(value="西遊記",authors = {"吳承恩","白求恩"})
    public void showBook(){

    }
}

// 使用Book註解：錯誤方式
public class BookShelf {
    @Book("西遊記",authors = {"吳承恩","白求恩"})
    public void showBook(){

    }
}
// 此時value屬性名不能省略了。

4.4-註解之元註解（重要）

概述

預設情況下，註解可以用在任何地方，比如類，成員方法，構造方法，成員變數等地方。如果要限制註解的使用位置怎麼辦？那就要學習一個新的知識點：元註解。

@Target
@Retention

元註解之@Target

作用：指明此註解用在哪個位置，如果不寫預設是任何地方都可以使用。

可選的引數值在列舉類ElemenetType中包括：

 TYPE： 用在類,介面上
 FIELD：用在成員變數上
 METHOD： 用在方法上
 PARAMETER：用在引數上
 CONSTRUCTOR：用在構造方法上
 LOCAL_VARIABLE：用在區域性變數上

元註解之@Retention

作用：定義該註解的生命週期(有效範圍)。

可選的引數值在列舉型別RetentionPolicy中包括

SOURCE：註解只存在於Java原始碼中，編譯生成的位元組碼檔案中就不存在了。
CLASS：註解存在於Java原始碼、編譯以後的位元組碼檔案中，執行的時候記憶體中沒有，預設值。
RUNTIME：註解存在於Java原始碼中、編譯以後的位元組碼檔案中、執行時記憶體中，程式可以通過反射獲取該註解。

4.5-註解解析（重要）

通過Java技術獲取註解資料的過程則稱為註解解析。

與註解解析相關的介面

Anontation：所有註解型別的公共介面，類似所有類的父類是Object。
AnnotatedElement：定義了與註解解析相關的方法，常用方法以下四個：

boolean isAnnotationPresent(Class annotationClass); 判斷當前物件是否有指定的註解，有則返回true，否則返回false。
T getAnnotation(Class<T> annotationClass);  獲得當前物件上指定的註解物件。
Annotation[] getAnnotations(); 獲得當前物件及其從父類上繼承的所有的註解物件。
Annotation[] getDeclaredAnnotations();獲得當前物件上所有的註解物件，不包括父類的。

獲取註解資料的原理

註解作用在那個成員上，就通過反射獲得該成員的物件來得到它的註解。

如註解作用在方法上，就通過方法(Method)物件得到它的註解。

 // 得到方法物件
 Method method = clazz.getDeclaredMethod("方法名"); 
 // 根據註解名得到方法上的註解物件
 Book book = method.getAnnotation(Book.class);

如註解作用在類上，就通過Class物件得到它的註解。

// 獲得Class物件
Class c = 類名.class;
// 根據註解的Class獲得使用在類上的註解物件
Book book = c.getAnnotation(Book.class);

使用反射獲取註解的資料

需求說明：

定義註解Book，要求如下：
- 包含屬性：String value() 書名
- 包含屬性：double price() 價格，預設值為 100
- 包含屬性：String[] authors() 多位作者
- 限制註解使用的位置：類和成員方法上
- 指定註解的有效範圍：RUNTIME
定義BookStore類，在類和成員方法上使用Book註解
定義TestAnnotation測試類獲取Book註解上的資料

程式碼實現：

註解Book

@Target({ElementType.METHOD,ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Book {
    // 書名
    String value();
    // 價格
    double price() default 100;
    // 作者
    String[] authors();
}

BookStore類

@Book(value = "紅樓夢",authors = "曹雪芹",price = 998)
public class BookStore {
}

測試類TestAnnotation類

public class TestAnnotation {
    public static void main(String[] args)  throws Exception{
        System.out.println("---------獲取類上註解的資料----------");
        test();
    }

    /**
     * 獲取BookStore類上使用的Book註解資料
     */
    public static void test(){
        // 獲得BookStore類對應的Class物件
        Class c = BookStore.class;
        // 判斷BookStore類是否使用了Book註解
        if(c.isAnnotationPresent(Book.class)) {
            // 根據註解Class物件獲取註解物件
            Book book = (Book) c.getAnnotation(Book.class);
            // 輸出book註解屬性值
            System.out.println("書名：" + book.value());
            System.out.println("價格：" + book.price());
            System.out.println("作者：" + Arrays.toString(book.authors()));
        }
}

4.6-模擬Junit（重要）

案例分析

模擬Junit測試的註釋@Test，首先需要編寫自定義註解@MyTest，並新增元註解，保證自定義註解只能修飾方法，且在執行時可以獲得。
然後編寫目標類（測試類），然後給目標方法（測試方法）使用 @MyTest註解，編寫三個方法，其中兩個加上@MyTest註解。
最後編寫呼叫類，使用main方法呼叫目標類，模擬Junit的執行，只要有@MyTest註釋的方法都會執行。

程式碼實現

註解MyTest

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyTest {
}

MyTestDemo

public class MyTestDemo {
    @MyTest
    public void test01(){
        System.out.println("test01");
    }

    public void test02(){
        System.out.println("test02");
    }

    @MyTest
    public void test03(){
        System.out.println("test03");
    }
}

測試類

public class TestMyTest {
    public static void main(String[] args) throws  Exception{
        // 獲得MyTestDemo類Class物件
        Class c = MyTestDemo.class;
        // 獲得所有的成員方法物件
        Method[] methods = c.getMethods();
        // 建立MyTestDemo類物件
        Object obj = c.newInstance();
        // 遍歷陣列
        for (Method m:methods) {
            // 判斷方法m上是否使用註解MyTest
            if(m.isAnnotationPresent(MyTest.class)){
                // 執行方法m
                m.invoke(obj);
            }
        }
    }
}

第五章：lombok

5.1-概述

Lombok通過增加一些“處理程式”，可以讓java變得簡潔、快速。

Lombok能以註解形式來簡化java程式碼，提高開發效率。開發中經常需要寫的javabean，都需要花時間去新增相應的getter/setter，也許還要去寫構造器、equals等方法，而且需要維護。

Lombok能通過註解的方式，在編譯時自動為屬性生成構造器、getter/setter、equals、hashcode、toString方法。出現的神奇就是在原始碼中沒有getter和setter方法，但是在編譯生成的位元組碼檔案中有getter和setter方法。這樣就省去了手動重建這些程式碼的麻煩，使程式碼看起來更簡潔些。

5.2-使用

新增lombox的jar包：lombok-1.18.8.jar

連結：https://pan.baidu.com/s/1b5-WEiapXtr6ZkaW0c69fQ
提取碼：ij77

IDE中安裝lombox外掛

搜尋

下載安裝

重啟IDE，並設定註解配置

5.3-lombok常用註解

@Getter和@Setter

作用：生成成員變數的get和set方法。
寫在成員變數上，指對當前成員變數有效。
寫在類上，對所有成員變數有效。
注意：靜態成員變數無效。

@toString

作用：生成toString()方法。
註解只能寫在類上。

@NoArgsConstructor和@AllArgsConstructor

@NoArgsConstructor：無引數構造方法。
@AllArgsConstructor：滿引數構造方法。
註解只能寫在類上。

@EqualsAndHashCode

作用：生成hashCode()和equals()方法。
註解只能寫在類上。

@Data

作用：生成get/set，toString，hashCode，equals，無參構造方法
註解只能寫在類上。