第1章 ◄Java基础►

在学习Spring之前我们需要对Java基础语法有一定的了解，Java中最重要的两个知识点是注解和反射。注解和反射在Spring框架中应用的最广泛。掌握注解和反射，有助于后面Spring的学习。

本章主要涉及的知识点：
● 注解基础：什么是注？怎么理解注解？什么是元注解？
● 注解应用：自定义注解、注解的应用场景。
● 反射：反射的定义、反射的应用。

注意
不管学习什么框架都需要先把Java基础夯实，基础打好之后才能厚积薄发。用到的时候不能只会用，不知道为什么这样用。学习编程还有最重要的一点就是需要勤动手，不能眼高手低，看着会做，真要动手时无从下手。

1.1 注解

本节首先介绍注解的基本概念，理解什么是注解、注解的作用是什么。在此基础上通过示例动手操作加深理解。

1.1.1 什么是注解

我们先看官方解释：它提供了一种安全的类似注释的机制，用来将任何的信息或元数据（metadata）与程序元素（类、方法、成员变量等）进行关联。为程序的元素（类、方法、成员变量）加上更直观、更明了的说明，这些说明信息与程序的业务逻辑无关，并且供指定的工具或框架使用。Annontation像一种修饰符一样，应用于包、类型、构造方法、方法、成员变量、参数及本地变量的声明语句中。Java注解是附加在代码中的一些元信息，便于一些工具在编译、运行时进行解析和使用，起到说明、配置的功能。注解不会也不能影响代码的实际逻辑，仅仅起到辅助性的作用，包含在java.lang.annotation包中。
看着上面的解释是不是还是一头雾水？其实我们可以更通俗地理解一下。最近几年出现一个词“斜杠青年”，还有黄某某拍摄的广告语：给人贴标签、下定义，总是很容易，而我却不会因为一件事被定性。这里的斜杠青年、贴标签都是把某些属性附加给对象，和注解功能差不多，它提供了一种安全的类似注释的机制，用来将任何信息或元数据（metadata）与程序元素（类、方法、成员变量等）进行关联。我们可以再来理解一下这句话，这里的程序元素可以理解为人，信息或元数据理解为标签，把标签属性（信息或元数据）赋给人（程序元素）。
上面两段基本把什么注解解释出来了，如果还是不知道注解是什么，那也没关系。其实我们在编程中已经用到或者看到过了，比如@Override、@Deprecated。是不是很熟悉？其实它们就是注解。

1.1.2 内置注解

上面的@Override、@Deprecated都是Java中内置的注解，除了这两个还有其他的内置注解。这里列举了几个常用的内置注解以及它们的作用。

● @Deprecated：编译器在编译阶段遇到这个注解时会发出提醒警告，告诉开发者正在调用一个过时的元素，比如过时的方法、过时的类、过时的成员变量。
● @Override：提示子类要复写父类中被@Override修饰的方法。
● @SuppressWarnings：阻止警告的意思。调用被@Deprecated注解的方法后，编译器会警告提醒，而有时候开发者会忽略这种警告，他们可以在调用的地方通过@SuppressWarnings：达到目的。
● @SafeVarargs：参数安全类型注解。它的目的是提醒开发者不要用参数做一些不安全的操作，它的存在会阻止编译器产生unchecked这样的警告。它是在Java 1.7的版本中加入的。
● @FunctionalInterface：函数式接口注解，这个是Java 1.8版本引入的新特性。函数式编程很火，所以Java 8也及时添加了这个特性。函数式接口（Functional Interface）就是一个具有一个方法的普通接口。

1.1.3 元注解

通过前面的两小节，我们应该对注解有了一定的认识，下面进一步地了解一下注解。我们在自定义注解时会出现图1-1所示的一些选项。

图1-1
这些选项@Retention、@Target、@Documented其实就是元注解。在创建时配置这些元注解，我们也可以推断出元注解的作用是什么。元注解负责注解自定义注解。java.lang.annotation提供了5种元注解，专门注解其他的注解：

● @Retention：什么时候使用该注解。
● @Target：注解用于什么地方。
● @Documented：注解是否将包含在JavaDoc中。
● @Inherited：是否允许子类继承该注解。
● @Repeatable：指定注解可重复使用。

1．@Retention定义注解的生命周期

● RetentionPolicy.SOURCE：在编译阶段丢弃。这些注解在编译结束之后不再有任何意义，所以它们不会写入字节码。@Override和@SuppressWarnings都属于这类注解。
● RetentionPolicy.CLASS：在类加载的时候丢弃。在字节码文件的处理中有用。注解默认使用这种方式。
● RetentionPolicy.RUNTIME：始终不会丢弃，运行期也保留该注解，因此可以使用反射机制读取该注解的信息。我们自定义的注解通常使用这种方式。

2．@Target表示注解用于什么地方

默认值为任何元素，表示该注解用于什么地方。可用的ElementType参数包括：
● ElementType.CONSTRUCTOR：用于描述构造器。
● ElementType.FIELD：成员变量、对象、属性（包括enum实例）。
● ElementType.LOCAL_VARIABLE：用于描述局部变量。
● ElementType.METHOD：用于描述方法。
● ElementType.PACKAGE：用于描述包。
● ElementType.PARAMETER：用于描述参数。
● ElementType.TYPE：用于描述类、接口（包括注解类型）或enum声明。

3．@Documented是一个简单的Annotations标记注解

表示是否将注解信息添加在Java文档中。

4．@Inherited定义注解和子类的关系

@Inherited元注解是一个标记注解，阐述了某个被标注的类型是被继承的。如果一个使用了@Inherited修饰的annotation类型被用于一个class，那么这个annotation将被用于该class的子类。

5．@Repeatable指定注解可重复使用

使用@Repeatable修饰表示该注解可以为重复使用。

1.1.4 自定义注解

元注解是负责注解自定义注解的。自定义注解时是有一些规则限制的，具体如下：
● Annotation型定义为@interface，所有的Annotation会自动继承java.lang.Annotation这一接口，并且不能再去继承别的类或是接口。
● 参数成员只能用public或默认（default）这两个访问权修饰。
● 参数成员只能用基本类型byte、short、char、int、long、float、double、boolean八种基本数据类型和String、Enum、Class、annotations等数据类型，以及这一些类型的数组。
● 要获取类方法和字段的注解信息，必须通过Java的反射技术来获取Annotation对象，因为除此之外没有其他获取注解对象的方法。

● 注解也可以没有定义成员。
我们这里自定义一个注解来练习一下，主要用来演示自定义注解以及注解的继承。

1．定义CustomDescription注解

CustomDescription注解相当于标签。为了能多贴标签，又定义了注解容器CustomDescriptions。其中，@Retention(RUNTIME)表示在运行时环境也可以获取注解，@Inherited表示可继承，@Repeatable(CustomDescriptions.class)表示该注解可多次使用。

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
@Inherited
@Repeatable(CustomDescriptions.class)
public @interface CustomDescription {}

CustomDescriptions容器：

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
@Inherited
public @interface CustomDescriptions {CustomDescription[] value();
}

2．实现继承关系

这里为了演示，我们创建了两个类：一个基类Person，一个子类Student。在Person类加两个自定义注解，在Student中加一个自定义注解。

Person：

@CustomDescription(description = "基类")
@CustomDescription(description = "人")
public class Person {private String name;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}
}

Student:

@CustomDescription(description = "学生")
public class Student extends Person {private String StudentId;public String getStudentId() {return StudentId;}public void setStudentId(String studentId) {StudentId = studentId;}
}

3．通过反射获取注解属性值

这里我们想通过反射（可以先不要理解）获取Student类的注解值，那么问题来了，它是输出什么的呢？会输出“description:学生”吗？并不是，而是输出父类Person的注解。

public static void main(String[] args) {
// write your code hereCustomDescriptions annotation = new Student().getClass().getAnnotation(CustomDescriptions.class);for (CustomDescription h: annotation.value()){System.out.println("description" + h.description());}}

输出：
description:基类
description:人

如果想输出子类Student的注解该怎么设置呢？很简单，只需在子类Student上覆盖父类的注解就好。

@CustomDescription(description="学生")
@CustomDescription(description="人")
public classStudent extendsPerson

输出：
description:学生
description:人

此时输出的就是子类的注解值了。这里我们还可以验证@Retention生命周期的作用，只需要把@Retention(RUNTIME)改成CLASS，再运行就会报错，因为main方法中的custormDescriptions对象是一个null空值。不过自定义注解一般来说都是使用@Retention(RUNTIME)。

1.1.5 注解使用场景介绍

在上一小节通过实例学习了自定义注解的使用，之后就该解决怎么用的问题了。其实，注解应用的场景还是挺多的。
（1）使用注解做bean的属性值校验，例如在开发Java服务器端代码时，会要求对外部传来的参数合法性进行验证。hibernate-validator提供了一些常用的参数校验注解。
（2）使用注解做权限控制。例如，shiro框架中有5个权限注解，我们也可以自定义注解进行权限控制。
（3）代替配置文件功能，像Spring基于注解的配置，减少了xml的配置。
（4）可以生成文档，像Java代码注释中的@see、@param等。
这里只是列举了几个使用场景，其实还有很多地方可以使用注解。

1.2 反射

本节首先介绍反射的基本概念，理解什么是反射，以及Class类和反射常用API，通过实例操作来学习反射的使用。

1.2.1 反射机制

在上面自定义注解时我们也有提到反射，要获取类方法和字段的注解信息，必须通过Java的反射技术来获取Annotation对象。那么什么是反射呢？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一个方法和属性，这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为Java语言的反射机制。它有点类似照妖镜的作用，不管是什么妖魔鬼怪（类或对象）都能看到它的真面目（获取类的属性方法、调用对象的属性方法）。

1.2.2 理解Class类

反射机制可以动态获取类信息以及调用对象方法，那它是通过什么实现的呢？这就要介绍一下Class类了。首先明确Class也是一个类，只是它是一个描述类的类，也可以生成对象。对于每个类而言，在JRE中有且仅有一个不变的Class类型的对象，而这个Class类型的对象只能由系统建立，封装了当前对象所对应的类的信息，有哪些属性、方法、构造器以及实现了哪些接口等。每个类的实例都会记得自己是由哪个Class实例所生成的。
要获取类信息或调用对象方法，肯定首先要获取到该类或对象对应的Class类的实例。一般获取Class对象有3种方式。

● 通过类名获取，类名.class。
● 通过对象获取，对象.getClass()。
● 通过全类名获取，Class.forName（全类名）。
这里我们可以使用字符串来做验证。

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {//字符串的列子Class clazz = null;//通过类名获取，类名.class。clazz = String.class;System.out.println(clazz);//通过对象获取，对象.getClass()。clazz = "ReflectionTest".getClass();//通过全类名获取，Class.forName（全类名）。clazz = Class.forName("java.lang.String");}

输出结果：

class java.lang.String
class java.lang.String
class java.lang.String

通过3种方式获取到Class实例后，再了解一下Class类常用的方法（见表1-1）。

表1-1 Class类常用的方法

1.2.3 反射的使用

这里要着重介绍一下上面API的使用，因为在后面要学习的Spring中IOC的原理就是反射加工厂模式。学好反射API有助于理解Spring框架内部实现。为了演示Class方法的使用，在注解demo的基础上对Person、Student类进行了修改。

Person类：

@CustomDescription(description = "基类")
@CustomDescription(description = "人")
public class Person {private String name;public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}public Person(){super();}public Person(String name){this.name = name;}public String PersonPublicMethod(String str){return str;}private String PersonPrivateMethod(String str){return str;}
}

Student

@CustomDescription(description = "学生")
public class Student extends Person {private String StudentId;public String getStudentId() {return StudentId;}public void setStudentId(String studentId) {StudentId = studentId;}public Student(String name,String studentId){super(name);StudentId = studentId;}public Student(String name){super(name);StudentId = "123456";}public String PersonPublicMethod(String str){return str;}private String PersonPrivateMethod(String str){return str;}
}

1．描述方法Method

描述方法主要是4个获取方法（getMethods、getMethod、getDeclaredMethods、getDeclaredMethod）和1个调用方法（invoke）。

● getMethods：获取clazz对应类中的所有方法，不能获取private方法，且获取从父类继承来的所有方法，包括私有父类的私有方法。
● getMethod：获取clazz对应类中指定方法名和参数类型的方法，不能获取private方法，且获取从父类继承来的所有方法，包括私有父类的私有方法。因为存在同方法名不同参数这种情况，所以只有同时指定方法名和参数类型才能唯一确定一个方法。
● getDeclaredMethods：获取所有方法，包括私有方法，所有声明的方法，都可以获取到，且只获取当前类的方法。
● getDeclaredMethod：获取clazz对应类中指定方法名和参数类型的方法，包括私有方法，所有声明的方法，都可以获取到，且只获取当前类的方法。
● invoke：执行方法，第一个参数表示执行哪个对象的方法，剩下的参数是执行方法时需要传入的参数，私有方法的执行必须在调用invoke之前加上一句“method.setAccessible(true);”

测试Method

Class<?> clazz = Class.forName("spring.tutorial.CusAnnontation.Student");
Method method = null;
Method[] methods = null;methods = clazz.getMethods();
for (Method mth : methods){System.out.print(mth.getName() + " ");
}
System.out.println();method = clazz.getMethod("StudentPublicMethod",String.class);
System.out.print(method.getName() + " ");
System.out.println();methods = clazz.getDeclaredMethods();
for (Method mth : methods){System.out.print(mth.getName() + " ");
}
System.out.println();method = clazz.getDeclaredMethod("StudentPrivateMethod",String.class);
System.out.print(method.getName() + " ");
System.out.println();Object obj = clazz.newInstance();
method.setAccessible(true);
String result = (String) method.invoke(obj, "inputParams");
System.out.println(result);

输出结果

getStudentId setStudentId StudentPublicMethod getName setName PersonPublicMethod wait wait wait equals toString hashCode getClass notify notifyAll
StudentPublicMethod
getStudentId setStudentId StudentPublicMethod StudentPrivateMethod
StudentPrivateMethod
inputParams

上面我们基本可以实现通过类名创建对象、通过方法名执行方法。类名和方法名都是字符串，我们可以把它们放到一个配置文件中，根据配置文件来执行方法，这样就有点类似基于XML的Spring了。

2．描述字段Field

描述字段Field方法的使用和描述方法Method中方法的使用有点类似，也是4个获取字段的方法（getFields、getField、getDeclaredFields、getDeclaredField）。

● getFields：获得某个类的所有公共（public）字段，包括父类中的字段。
● getField：获取某个类public成员变量中指定变量名的字段，包括基类。
● getDeclaredFields：获得某个类所有声明的字段，包括public、private和protected，但是不包括父类的声明字段。
● getDeclaredField：获取某个类的所有成员变量指定变量名的字段，不包括基类。

3．描述构造器Constructor

先介绍一下描述构造函数Constructor用到的方法，主要还是4个：getConstructors、getDeclaredConstructors、getConstructor、getDeclaredConstructor。和前面Method、Field用的方法进行比较，举一反三，我们也能大概了解这几个方法的使用。其实，在编程中有好多体现哲学思想的地方，有正有反，有阴有阳，学会思考，这样可以以点带面、触类旁通。

● getConstructors：获取对应类中public类型的构造函数，且只获取当前类的构造函数。
● getConstructor：获取对应类中public指定参数类型的构造函数，且只获取当前类的构造函数。
● getDeclaredConstructors：获取对应类中所有构造函数，包括私有构造函数，且只获取当前类的构造函数。
● getDeclaredConstructor：获取对应类中指定参数类型的方法，包括私有构造函数，且只获取当前类的方法。

4．描述注解Annotation

描述注解主要用到getAnnotation(Class annotationClass)方法，返回该元素指定类型的注解，否则返回null。

1.3 小结

我们回顾一下这一章的主要内容：在注解部分，学习了注解的定义、注解的理解、内置注解、元注解，通过自定义注解理解注解继承、多注解及注解生命周期；在反射部分，了解反射机制、Class类的理解，通过实例掌握反射中Method、Field、Constructor、Annotation相关API的使用，为后续学习Spring框架打下基础。

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