反射、枚举以及lambda表达式

1. 反射

1.1 定义

java的.class文件在运行时会被编译为一个Class对象，既然是对象，那么我们就可以通过一定的方式取到这个对象，然后对于这个对象进行一系列操作（改变原本类的属性、方法）。

这个操作就是反射，反射会像一面照妖镜一样，将所有的类“照”出来，不管它是否是private的还是protected，都可以进行访问、创建、修改。

反射的一系列操作都是动态的。

1.2 用途（了解）

在日常的第三方应用开发中，经常有某个属性或者方法只对于系统进行开放，这时可以利用反射进行获取。
开发各种通用框架也可以用到。

1.3 反射出的基本信息

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。

1.4 反射相关的类（重要）

类	说明
Class类	代表类的实体，在运行的java程序中表示类和接口
Field类	代表类的成员变量
Constructor类	代表类的构造方法
Method类	代表类的方法

1.5 获得Class对象的三种方式

package ReflectDemo;import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;public class ReflectDemo {public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException {// 方式1Class<?> student1 = Student.class;// 方式2Class<?> student2 = Class.forName("ReflectDemo.Student");// 方式3Student studentTmp = new Student("",1);Class<?> student3 = studentTmp.getClass();// 验证是不是同一个Class对象System.out.println(student1 == student2);System.out.println(student1 == student3);}
}

三种方式：

使用 “对象名.class” 进行获得
使用 "Class.forName(“类的路径”)"进行获得
使用 “已经构造出来的对象.getClass()” 进行获得

只有一个Class对象的原因:
在这里插入图片描述

所以通过反射只能得到同一个Class对象。

1.6 反射的使用——Class类中的相关方法（重要）

出现Declared就能够获取私有变量/方法。

1.6.1 常用获得类相关的方法

方法	说明
getClassLoader()	获得类的加载器
getDeclaredClass()	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
getName()	获得类的完整路径名字

创建的Person测试类（包含public、private内部类，接口，各种属性）：

package ReflectDemo;public class Person implements Comparable<Person>{public String name;private int id;private int age;@Overridepublic int compareTo(Person o) {return o.age - this.age;}interface interfaceTest{};public class PublicInnerClass {}private class PrivateInnerClass {}public Person(String name, int id) {this.name = name;this.id = id;}}

测试代码：

package ReflectDemo;import java.lang.reflect.Array;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;public class ReflectTest {public static void main(String[] args) {Class<?> cls;try {cls = Class.forName("ReflectDemo.Person");/*// 获取Person类内部的public类、接口，返回一个数组Class<?>[] classes = cls.getClasses();*/// 获取Person类内部的包括private的类、接口，返回一个数组Class<?>[] classes = cls.getDeclaredClasses();System.out.println(Arrays.toString(classes));System.out.println(Person.class.getName());}catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}}
}

运行结果：

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1.6.2 （重要）常用获得类属性的方法（以下与Field相关）

方法	说明
getField(String name)	获得某个公有属性（参数为属性名称）
getFields()	获得所有公共属性（返回值为Fields数组）
getDeclaredField(String name)	获得某个属性（参数为属性名称、不分权限）
getDeclaredFields()	获得某个属性（返回值为Fields数组、不分权限）

示例代码:

package ReflectDemo;import java.lang.reflect.Field;
import java.util.Arrays;public class ReflectDemo3 {public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException {Class<?> personClass = Person.class;// 获得公有属性Field name = personClass.getField("name");Field[] fields = personClass.getFields();System.out.println("获得某个公有属性");System.out.println(name);System.out.println("获得所有公有属性");for (Field field : fields) {System.out.println(field);}System.out.println("获得某个属性（不分权限）");//获得某个属性（不分权限）System.out.println(personClass.getDeclaredField("id"));System.out.println("获得所有属性（不分权限)");// 获得所有属性（不分权限）System.out.println(Arrays.toString(personClass.getDeclaredFields()));}
}

运行结果：

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1.6.3 （了解）获得类中注解相关的方法

方法	说明
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

1.6.4 （重要）获得类中构造器相关的方法（以下方法返回值为Constructor相关）

方法	说明
getConstructor(Class… parameterTypes)	获得该类中与参数类型匹配的公有构造方法
getConstructors()	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

代码：

package ReflectDemo;import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.util.Arrays;public class ReflectDemo4 {public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {Class<?> personClass = Person.class;System.out.println("获得类中特定参数的公有构造方法");Constructor<?> personConstructor = personClass.getConstructor(String.class, int.class);System.out.println(personConstructor);System.out.println("使用特定参数的公有构造方法");System.out.println(personConstructor.newInstance("王五", 2023).toString());System.out.println("获得类中所有的公有构造方法");Constructor<?>[] personConstructors = personClass.getConstructors();System.out.println(Arrays.toString(personConstructors));System.out.println("获得类中所有的公有构造方法");Constructor<?>[] personConstructors2 = personClass.getDeclaredConstructors();System.out.println(Arrays.toString(personConstructors2));System.out.println("获得类中特定参数的、不分权限的构造方法");Constructor<?> personConstructor2 = personClass.getDeclaredConstructor(String.class);personConstructor2.setAccessible(true);// 必须设置为true，确认对这个私有方法进行操作System.out.println(personConstructor2);System.out.println(personConstructor2.newInstance("老六").toString());}
}

运行结果：
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1.6.5 (重要)获得类中方法相关的方法（以下方法返回值为Method相关）

方法获取到后，需要使用invoke进行调用，第一个参数是这个方法作用的对象，后面的参数是要传到函数中的参数。

方法	说明
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

package ReflectDemo;import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;public class ReflectDemo5 {public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {Class<?> personClass = Person.class;Constructor<?> perspnConstructor = personClass.getConstructor(String.class, int.class);Person p = (Person) perspnConstructor.newInstance("老七", 2023001);System.out.println(p.toString());Method setName = personClass.getMethod("setName", String.class);p.setName("老八");System.out.println(p.toString());Method eat = personClass.getMethod("eat");eat.invoke(p);// 无参函数调用Method swim = personClass.getDeclaredMethod("swim");swim.setAccessible(true);// 确认修改访问权限swim.invoke(p);}
}

运行结果：
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1.5 反射优点和缺点

优点：

能够获取本来访问受限的属性、方法。
增强了程序的灵活性，降低耦合度
已经运用在了很多流行的框架上，如：Struts、Hibernate、Spring 等等。

缺点：

使用反射的代码效率较低。
破坏程序封装性。
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。

1.6 重要总结

反射的意义

意义在于获取一些只对于系统开放的、不让外界看到的方法、属性。

反射的重要类：

Field类，Constructor类，Method类，Class类。

合理利用反射，不要轻易使用。

2. 枚举

将一组常量组织起来，同c语言的枚举相同，已经定义好的枚举中，常量就代表这个符号，这个符号也代表常量。

场景：错误状态码，消息类型，颜色的划分，状态机等等。

本质：继承自Enum这个类。（如同所有的对象都继承自Object类一样，都是隐式继承）

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2.1 常用方法

方法	说明
values()	获得枚举类中所有的成员
ordinal()	获得成员在枚举类中的索引位置
name()	获得枚举成员的名称
valueOf()	将普通字符串转换为枚举实例
compareTo()	返回成员在定义时的顺序（将索引位置进行相减）

代码：

package EnumDemo;public class Demo2 {public static void main(String[] args) {Color[] color = Color.values();for (Color color1 : color) {// ordinal的编号改变不了，这是枚举成员在类中的索引位置System.out.println(color1.ordinal() +" "+ color1.name());}// 将编号与name联系起来System.out.println(Color.getEnumKey(4));Color red = Color.RED;Color blue = Color.BLUE;System.out.println(red.compareTo(blue));// 索引位置相减}
}

运行结果：
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枚举的构造方法默认是私有的！所以还可以在枚举类中加上自己定义的构造函数，直接在成员后面进行初始化。

package EnumDemo;public enum Color {RED(4,"红色"),GREEN(5,"绿色"),BLUE(6,"蓝色");private int key;private String name;Color(int key, String name) {this.key = key;this.name = name;}public static Color getEnumKey(int key) {// 遍历整个枚举类看有没有keyfor (Color e : Color.values()) {if (key == e.key) {return e;}}return null;}// err,默认是私有的
//    public Color(int num, String color) {}
//    RED,GREEN,BLUE;
}

2.2 枚举的优缺点

优点：

统一组织，便于管理常量，优于final
简单安全
枚举类有内置方法，书写更优雅

缺点：

不可被继承，无法扩展

但是为单例模式提供了很好的思路。

2.3 枚举与反射

枚举既然安全性这么高，那么能不能通过反射获取到枚举类呢？做个实验验证一下。

package EnumDemo;import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;public class Demo3 {public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {Class<?> enumClass = Color.class;Constructor<?> enumClassConstructor = enumClass.getDeclaredConstructor(int.class, String.class);enumClassConstructor.setAccessible(true);Color o = (Color) enumClassConstructor.newInstance(1, "黑色");System.out.println(o);}
}

运行结果：
在这里插入图片描述

报错提示我们并没有这个构造方法，但是我们的构造方法就是两个参数：

Color(int key, String name) {this.key = key;this.name = name;
}

是不是由于隐藏的super()？还需要参数给父类Enum进行初始化？

Enum类构造方法：

/*** Sole constructor.  Programmers cannot invoke this constructor.* It is for use by code emitted by the compiler in response to* enum type declarations.** @param name - The name of this enum constant, which is the identifier*               used to declare it.* @param ordinal - The ordinal of this enumeration constant (its position*         in the enum declaration, where the initial constant is assigned*         an ordinal of zero).*/
protected Enum(String name, int ordinal) {this.name = name;this.ordinal = ordinal;
}

插播:（在给出源码的时候，源码上的注解已经能够说明不能进行invoke构造了。）

确实，看来父类还需要两个参数进行构造，修改代码如下：

package EnumDemo;import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;public class Demo3 {public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {Class<?> enumClass = Color.class;// 函数的参数需要有四个，前两个是父类进行使用，后两个才是自己写的本身的参数Constructor<?> enumClassConstructor = enumClass.getDeclaredConstructor(String.class, int.class,int.class, String.class);enumClassConstructor.setAccessible(true);Color o = (Color) enumClassConstructor.newInstance(1, "黑色");System.out.println(o);}
}

运行结果：
在这里插入图片描述

看来参数传正确也不能够调用，报错指出不能够使用反射进行获取。

然后再返回来看源码中的注释部分:

枚举的源码注释:

** Sole constructor. Programmers can not invoke this constructor.* ** It is for use by code emitted by the compiler in response to* *** enum type declarations.

唯一的构造器，程序员不能够激活这个构造器，它它供编译器在响应 enum类型声明时发出的代码使用。

newInstance()的源码：

结论：

枚举类不能够使用反射获取实例。
枚举可以避免反射和序列化。
枚举简单安全、有内置函数、能够组织常量，便于管理，优于final

2.4 枚举与单例模式

package EnumDemo;enum SingleEnum {INSTANCE;public SingleEnum getInstance() {return INSTANCE;}
}
public class Demo4 {public static void main(String[] args) {SingleEnum singleEnum1 = SingleEnum.INSTANCE;SingleEnum singleEnum2 = SingleEnum.INSTANCE;System.out.println(singleEnum2 == singleEnum1);}
}

用枚举实现单例模式简单优雅。

3. lambda表达式

3.1 背景

Lambda表达式是java SE 8中一个重要的新特性。它能够简化匿名内部类（函数式接口）的代码量，只关注怎么执行这个代码，而不是无用的创建过程。

3.2 语法

基本原则要遵循：

(parameters)->expresstion
(parameters)->{statements;}

lambda表达式由三部分组成：

parameters：参数部分，类似于普通方法当中的形参部分。

这里的参数可以明确声明，也可以省略，原则是：能推导出来，就能省略。

比如参数只有一个，那么可以省略类型，同时也可以省略小括号()
比如参数有多个，但是类型都一样，那么也可省略类型

->：lambda表达式的标志性语法结构，可以理解为，“被用于”
方法体：相当于普通方法的方法体，可以是表达式，也可以是代码块，同样，也可以省略。

可推导即可省略：

如果这个方法只有一个return语句，那么就可以省略return，省略{}

3.2.1 函数式接口

是一个内部仅含一个抽象方法的接口。

注解：@FunctionalInterface

3.3 使用

package LambdaDemo;public class demo1 {// 无返回值无参数@FunctionalInterfacepublic interface NoParameterNoReturn {void test();}//无返回值一个参数@FunctionalInterfaceinterface OneParameterNoReturn {void test(int a);}//无返回值多个参数@FunctionalInterfaceinterface MoreParameterNoReturn {void test(int a,int b);}//有返回值无参数@FunctionalInterfaceinterface NoParameterReturn {int test();}//有返回值一个参数@FunctionalInterfaceinterface OneParameterReturn {int test(int a);}//有返回值多参数@FunctionalInterfaceinterface MoreParameterReturn {int test(int a,int b);}public static void main(String[] args) {// 相当于已经覆写了这个接口的test方法NoParameterNoReturn a1 = ()-> System.out.println("无参数无返回值");a1.test();OneParameterNoReturn a2 = ((a)->{System.out.println("无返回值一个参数，参数为：" + a);});a2.test(1);MoreParameterNoReturn a3 = ((a,b) -> {System.out.println("无返回值多个参数，参数有：" + a + " "+ b);});a3.test(1,2);NoParameterReturn a4 = ()->{System.out.print("有返回值无参数，返回值为：");return 4;};System.out.println(a4.test());OneParameterReturn a5 = ((a)->{System.out.print("有返回值一个参数，参数为：" + a + "返回值为平方：");return a*a;});System.out.println(a5.test(5));MoreParameterReturn a6 = ((a,b)-> {System.out.print("有返回值多参数, 参数为：" + a +" "+ b+ "返回值为和：");return a+b;});System.out.println(a6.test(6, 7));}
}

运行结果：

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3.3.1 精简规则

在这里插入图片描述

3.4 变量捕获

3.4.1 匿名内部类

匿名内部类就是没有名字的类，用过一次就用不了的类。比如创建线程的时候可以创建匿名内部类进行创建线程。举个例子：

package LambdaDemo;class Test{public void func() {System.out.println("未被重写的func()方法");}
}
public class Demo2 {public static void main(String[] args) {Test t = new Test(){public void func() {System.out.println("重写func()");}};t.func();Test t2 = new Test();t2.func();}
}

运行结果：
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这里就是创建了一个匿名的Test类，直接对类中的func()方法进行重写。因为只想要利用一下Test类中的func()方法。

3.4.2 匿名内部类的变量捕获

package LambdaDemo;import javax.smartcardio.TerminalFactory;class Test{public void func() {System.out.println("未被重写的func()方法");}
}
public class Demo2 {public static void main(String[] args) {int a = 100;Test t = new Test(){public void func() {System.out.println("重写func()");
//                a = 99;// err, 不允许改变变量System.out.println("捕获到变量，值为："+ a);}};t.func();}
}

结论：

匿名内部类中的捕获的变量必须是final，或者与final等价（未经修改的变量）。

3.4.4 Lambda的变量捕获

package LambdaDemo;@FunctionalInterface
interface Test2{abstract void func();
}public class Demo3 {public static void main(String[] args) {int a = 100;Test2 t = (()->{
//            a = 99;// errSystem.out.println("重写func()");System.out.println(a);});t.func();}
}

结论与匿名内部类相同，方法体中只能由final或者等价于final 的变量存在。

4. Lambda在集合当中的使用

4.1 Collection接口

forEach**() 方法源码：**

default void forEach(Consumer 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。

使用示例：

package LambdaDemo;import java.util.ArrayList;
import java.util.function.Consumer;public class Demo4 {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("a");list.add("b");list.add("c");list.add("d");list.forEach(new Consumer<String>() {@Overridepublic void accept(String s) {// 使用accept方法对 list 中每个元素执行相同的操作System.out.print(s + " ");}});System.out.println("\r\n使用lambda表达式改写后：");list.forEach((s)-> System.out.print(s + " "));}
}

运行结果：

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4.2 List接口

sort()方法的源码：

default void sort(Comparator<? super E> c) {Object[] a = this.toArray();Arrays.sort(a, (Comparator) c);ListIterator<E> i = this.listIterator();for (Object e : a) {i.next();i.set((E) e);}
}

该方法表示：对容器中的元素进行指定规则的排序。

使用示例：

package LambdaDemo;import ReflectDemo.Person;import java.util.ArrayList;
import java.util.Comparator;
import java.util.function.Consumer;public class Demo5 {public static void main(String[] args) {Person p1 = new Person("张三",2023);Person p2 = new Person("李四",2022);Person p3 = new Person("王五",2021);ArrayList<Person> list = new ArrayList<>();list.add(p1);list.add(p2);list.add(p3);list.sort(new Comparator<Person>() {@Overridepublic int compare(Person o1, Person o2) {return o1.getId() - o2.getId();}});list.forEach(new Consumer<Person>() {@Overridepublic void accept(Person person) {System.out.println(person);}});System.out.println();System.out.println("使用lambda表达式改写：");//int compare(T o1, T o2);list.sort((o1,o2)-> o1.getId() - o2.getId());//public void forEach(Consumer<? super E> action)list.forEach((p)-> System.out.println(p));}
}

运行结果：

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4.3 Map接口

HashMap 的 forEach**()** 源码**：**

@Override
public void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {Node<K,V>[] tab;if (action == null)throw new NullPointerException();if (size > 0 && (tab = table) != null) {int mc = modCount;for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next)action.accept(e.key, e.value);}if (modCount != mc)throw new ConcurrentModificationException();}
}

使用示例：

package LambdaDemo;import java.util.HashMap;
import java.util.function.BiConsumer;public class Demo6 {public static void main(String[] args) {HashMap<String, Integer> map = new HashMap();map.put("张三",19);map.put("李四",22);map.put("王五",39);map.forEach(new BiConsumer() {@Overridepublic void accept(Object o1, Object o2) {System.out.println(o1 +"："+ o2 + "岁了");}});System.out.println("\r\n用lambda表达式改写：");map.forEach((o1,o2)->System.out.println(o1 +"："+ o2 + "岁了"));}
}

运行结果：
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