反射、注解

1. 反射

介绍的反射、动态代理、注解等知识点,在以后开发中极少用到,这些技术都是以后学习框架、或者做框架的底层源码。

接下来,我们就需要带着同学们认识一下什么是反射。其实API文档中对反射有详细的说明,我们去了解一下。在java.lang.reflect包中对反射的解释如下图所示

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Package java.lang.reflect
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提供用于获取有关类和对象的反射信息的类和接口。 Reflection允许以编程方式访问有关已加载类的字段,方法和构造函数的信息,以及使用反射字段,方法和构造函数在封装和安全限制内对其底层对应项进行操作。

翻译成人话就是:反射技术,指的是加载类的字节码到内存,并以编程的方法解刨出类中的各个成分(成员变量、方法、构造器等)。

反射有啥用呢?其实反射是用来写框架用的。为了方便理解,举一个见过的例子:平时我们用IDEA开发程序时,用对象调用方法,IDEA会有代码提示,idea会将这个对象能调用的方法都给你列举出来,供你选择,如果下图所示

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问题是IDEA怎么知道这个对象有这些方法可以调用呢? 原因是对象能调用的方法全都来自于类,IDEA通过反射技术就可以获取到类中有哪些方法,并且把方法的名称以提示框的形式显示出来,所以你能看到这些提示了。

那记事本写代码为什么没有提示呢? 因为技术本软件没有利用反射技术开发这种代码提示的功能!

认识了反射是什么之后,介绍一下反射具体学什么?

因为反射获取的是类的信息,那么反射的第一步首先获取到类才行。由于Java的设计原则是万物皆对象,获取到的类其实也是以对象的形式体现的,叫字节码对象,用Class类来表示。获取到字节码对象之后,再通过字节码对象就可以获取到类的组成成分了,这些组成成分其实也是对象,其中每一个成员变量用Field类的对象来表示每一个成员方法用Method类的对象来表示每一个构造器用Constructor类的对象来表示

如下图所示:

反射学什么?

学习获取类的信息、操作它们

  1. 反射第一步:加载类,获取类的字节码:Class对象
  2. 获取类的构造器:Constructor对象
  3. 获取类的成员变量:Field对象
  4. 获取类的成员方法:Method对象

1.1 获取类的字节码

反射的第一步:是将字节码加载到内存,我们需要获取到字节码对象。

graph LR;
1.反射第一步:加载类,获取类的字节码:Class对象

A[Student.java] --> B[Student.class]
B --字节码文件加载到内存中--> C[内存中的Student.class]

比如有一个Student类,获取Student类的字节码代码有三种写法。不管用哪一种方式,获取到的字节码对象其实是同一个。

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public class Test1Class{
public static void main(String[] args){
Class c1 = Student.class;
System.out.println(c1.getName()); //获取全类名 com.itheima.Student
System.out.println(c1.getSimpleName()); //获取简单类名 Student

Class c2 = Class.forName("com.itheima.Student");
System.out.println(c1 == c2); //true

Student s = new Student();
Class c3 = s.getClass();
System.out.println(c2 == c3); //true
}
}

1.2 获取类的构造器

学习一下通过字节码对象获取构造器,并使用构造器创建对象。

获取构造器,需要用到Class类提供的几个方法,如下图所示:

方法 说明
Constructor<?>[] getConstructors() 获取全部构造器(只能获取public修饰的)
Constructor<?>[] getDeclaredConstructors() 获取全部构造器(只要存在就能拿到)
Constructor<T> getConstructor(Class<?>... parameterTypes) 获取某个构造器(只能获取public修饰的)
Constructor<T> getDeclaredConstructor(Class<?>... parameterTypes) 获取某个构造器(只要存在就能拿到)

这些方法的命名规律:

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get:获取
Declared: 有这个单词表示可以获取任意一个,没有这个单词表示只能获取一个public修饰的
Constructor: 构造方法的意思
后缀s: 表示可以获取多个,没有后缀s只能获取一个

话不多少,上代码。假设现在有一个Cat类,里面有几个构造方法,代码如下

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public class Cat{
private String name;
private int age;

public Cat(){

}

private Cat(String name, int age){

}

@Override
public String toString() {
return "Cat{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
    1. 接下来,我们写一个测试方法,来测试获取类中所有的构造器
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public class Test2Constructor(){
@Test
public void testGetConstructors(){
//1、反射第一步:必须先得到这个类的Class对象
Class c = Cat.class;

//2、获取类的全部构造器
Constructor[] constructors = c.getDeclaredConstructors();
//3、遍历数组中的每一个构造器对象。
for(Constructor constructor: constructors){
System.out.println(constructor.getName()+"---> 参数个数:"+constructor.getParameterCount());
}
}
}

运行测试方法打印结果如下

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com.itheima.reflect.Cat---> 参数个数:0
com.itheima.reflect.Cat---> 参数个数:2
    1. 刚才演示的是获取Cat类中所有的构造器,接下来,我们演示单个构造器试一试
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public class Test2Constructor(){
@Test
public void testGetConstructor(){
//1、反射第一步:必须先得到这个类的Class对象
Class c = Cat.class;

//2、获取类public修饰的空参数构造器
Constructor constructor1 = c.getConstructor();
System.out.println(constructor1.getName()+"---> 参数个数:"+constructor1.getParameterCount());

//3、获取private修饰的有两个参数的构造器,第一个参数String类型,第二个参数int类型
Constructor constructor2 =
c.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);

System.out.println(constructor2.getName()+"---> 参数个数:"+constructor2.getParameterCount());

}
}

打印结果如下

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com.itheima.reflect.Cat---> 参数个数:0
com.itheima.reflect.Cat---> 参数个数:2

1.3 反射获取构造器的作用

其实构造器的作用:初始化对象并返回

这里我们需要用到如下的两个方法,注意:这两个方法时属于Constructor的,需要用Constructor对象来调用。

Constructor提供的方法 说明
T newInstance(Object... initargs) 创建并返回此构造器对象表示的类的新实例,传入参数用于完成对象的初始化
public void setAccessible(boolean flag) 设置为true,表示禁止检查访问控制(使用暴力反射),也就是允许访问那些通常被限制访问的字段、方法或构造函数。

constructor1和constructor2分别表示Cat类中的两个构造器。现在我要把这两个构造器执行起来

由于构造器是private修饰的,先需要调用setAccessible(true) 表示禁止检查访问控制,然后再调用newInstance(实参列表) 就可以执行构造器,完成对象的初始化了。

实际上,调用setAccessible(true)方法表示取消对访问控制权限的检查,也就是允许访问那些通常被限制访问的字段、方法或构造函数。

具体来说,在Java中,当一个成员(字段、方法或构造函数)被声明为private、protected或默认访问修饰符时,通常只能在同一类内部进行访问。但是,通过使用反射并调用setAccessible(true)方法,可以绕过这些访问限制,从而在其他类中访问私有成员。

请注意,这种绕过访问控制的行为可能会违反面向对象编程的封装原则,并且可能导致代码的可维护性和可读性下降。因此,在正常情况下,应该避免滥用setAccessible(true)方法,只在必要的情况下使用。

代码如下:为了看到构造器真的执行, 故意在两个构造器中分别加了两个打印语句

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代码的执行结果如下图所示:

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com.itheima.reflect.Cat---> 参数个数:0
无参数构造器执行了~~
Cat{name='null', age=0}
com.itheima.reflect.Cat---> 参数个数:2
有参数构造器执行了~~
Cat{name='叮当猫', age=3}

1.4 反射获取成员变量&使用

其实套路是一样的,在Class类中提供了获取成员变量的方法,如下图所示。

方法 说明
public Field[] getFields() 获取类的全部成员变量(只能获取public修饰的)
public Field[] getDeclaredFields() 获取类的全部成员变量(只要存在就能拿到,无论访问修饰符如何)
public Field getField(String name) 获取类的某个成员变量(只能获取public修饰的)
public Field getDeclaredField(String name) 获取类的某个成员变量(只要存在就能拿到,无论访问修饰符如何)

这些方法的记忆规则,如下

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get:获取
Declared: 有这个单词表示可以获取任意一个,没有这个单词表示只能获取一个public修饰的
Field: 成员变量的意思
后缀s: 表示可以获取多个,没有后缀s只能获取一个
  • 假设有一个Cat类它有若干个成员变量,用Class类提供 的方法将成员变量的对象获取出来。

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执行完上面的代码之后,我们可以看到控制台上打印输出了,每一个成员变量的名称和它的类型。

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  • 获取到成员变量的对象之后该如何使用呢?

在Filed类中提供给给成员变量赋值和获取值的方法,如下图所示。

方法 参数 说明
void set(Object obj, Object value) obj: 要设置属性值的对象实例。value: 要设置的属性值 设置对象的属性值
Object get(Object obj) obj: 要获取属性值的对象实例 获取对象的属性值
public void setAccessible(boolean flag) flag: 是否取消访问控制检查 设置访问权限(通过暴力反射取消访问控制),若设置为 true,则取消检查,允许使用暴力反射修改对象的私有属性或调用私有方法。

再次强调一下设置值、获取值的方法时Filed类的需要用Filed类的对象来调用,而且不管是设置值、还是获取值,都需要依赖于该变量所属的对象。代码如下

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执行代码,控制台会有如下的打印

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1.5 反射获取成员方法

在Java中反射包中,每一个成员方法用Method对象来表示,通过Class类提供的方法可以获取类中的成员方法对象。如下下图所示

方法 说明
Method[] getMethods() 获取类的全部成员方法(只能获取 public 修饰的)
Method[] getDeclaredMethods() 获取类的全部成员方法(只要存在就能拿到)
Method getMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) 获取类的某个成员方法(只能获取 public 修饰的)
Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes) 获取类的某个成员方法(只要存在就能拿到)

接下来我们还是用代码演示一下:假设有一个Cat类,在Cat类中红有若干个成员方法

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public class Cat{
private String name;
private int age;

public Cat(){
System.out.println("空参数构造方法执行了");
}

private Cat(String name, int age){
System.out.println("有参数构造方法执行了");
this.name=name;
this.age=age;
}

private void run(){
System.out.println("(>^ω^<)喵跑得贼快~~");
}

public void eat(){
System.out.println("(>^ω^<)喵爱吃猫粮~");
}

private String eat(String name){
return "(>^ω^<)喵爱吃:"+name;
}

public void setName(String name){
this.name=name;
}
public String getName(){
return name;
}
public void setAge(int age){
this.age=age;
}
public int getAge(){
return age;
}
}

接下来,通过反射获取Cat类中所有的成员方法,每一个成员方法都是一个Method对象

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public class Test3Method{
public static void main(String[] args){
//1、反射第一步:先获取到Class对象
Class c = Cat.class;

//2、获取类中的全部成员方法
Method[] methods = c.getDecalaredMethods();

//3、遍历这个数组中的每一个方法对象
for(Method method : methods){
System.out.println(method.getName()+"-->"+method.getParameterCount()+"-->"+method.getReturnType());
}
}
}

执行上面的代码,运行结果如下图所示:打印输出每一个成员方法的名称、参数格式、返回值类型

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getName-->0-->class java.lang.String
run-->0-->void
setName-->1-->void
getAge-->0-->int
eat-->1-->class java.lang.String
eat-->0-->void
setAge-->1-->void

也能获取单个指定的成员方法,如下图所示

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获取到成员方法之后,有什么作用呢?

在Method类中提供了方法,可以将方法自己执行起来。

Method类中提供的方法 说明
public Object invoke(Object obj, Object... args) 触发某个对象的特定方法执行,obj: 要调用该方法的对象 args: 该方法的输入参数
public void setAccessible(boolean flag) 设置访问权限(通过暴力反射取消访问控制),若设置为 true,则取消检查,允许使用暴力反射修改对象的私有属性或调用私有方法。

run()方法和eat(String name)方法执行起来。看分割线之下的代码

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public class Test3Method{
public static void main(String[] args){
//1、反射第一步:先获取到Class对象
Class c = Cat.class;

//2、获取类中的全部成员方法
Method[] methods = c.getDecalaredMethods();

//3、遍历这个数组中的每一个方法对象
for(Method method : methods){
System.out.println(method.getName()+"-->"+method.getParameterCount()+"-->"+method.getReturnType());
}

System.out.println("-----------------------");
//4、获取private修饰的run方法,得到Method对象
Method run = c.getDecalaredMethod("run");
//执行run方法,在执行前需要取消权限检查
Cat cat = new Cat();
run.setAccessible(true);
Object rs1 = run.invoke(cat);
System.out.println(rs1)

//5、获取private 修饰的eat(String name)方法,得到Method对象
Method eat = c.getDeclaredMethod("eat",String.class);
eat.setAccessible(true);
Object rs2 = eat.invoke(cat,"鱼儿");
System.out.println(rs2)
}
}

打印结果如下图所示:run()方法执行后打印猫跑得贼快~~,返回null; eat()方法执行完,直接返回猫最爱吃:鱼儿

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空参数构造方法执行了
(>^ω^<)喵跑得贼快~~
null
(>^ω^<)喵爱吃:鱼儿

1.6 反射的应用

反射的核心作用是用来获取类的各个组成部分并执行他们。一直说反射使用来写框架的,接下来,我们就写一个简易的框架。

需求是让我们写一个框架,能够将任意一个对象的属性名和属性值写到文件中去。不管这个对象有多少个属性,也不管这个对象的属性名是否相同。

分析一下该怎么做

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1.先写好两个类,一个Student类和Teacher类
2.写一个ObjectFrame类代表框本架
在ObjectFrame类中定义一个saveObject(Object obj)方法,用于将任意对象存到文件中去
参数:Object obj: 就表示要存入文件中的对象

3.编写方法内部的代码,往文件中存储对象的属性名和属性值
1)参数obj对象中有哪些属性,属性名是什么实现值是什么,中有对象自己最清楚。
2)接着就通过反射获取类的成员变量信息了(变量名、变量值)
3)把变量名和变量值写到文件中去

写一个ObjectFrame表示自己设计的框架,代码如下图所示

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public class ObjectFrame{
public static void saveObject(Object obj) throws Exception{
PrintStream ps =
new PrintStream(new FileOutputStream("D:\\Users\\cmy\\Desktop\\data.txt",true));
//1)参数obj对象中有哪些属性,属性名是什么实现值是什么,中有对象自己最清楚。
//2)接着就通过反射获取类的成员变量信息了(变量名、变量值)
Class c = obj.getClass(); //获取字节码

ps.println("---------"+c.getSimpleName()+"---------");


Field[] fields = c.getDeclaredFields(); //获取所有成员变量
//3)把变量名和变量值写到文件中去
for(Field field : fields){
String name = field.getName();
field.setAccessible(true); // 解除对私有成员的访问限制
Object value = field.get(obj);
ps.println(name + "=" + value);
}
ps.close();
}
}

使用自己设计的框架,往文件中写入Student对象的信息和Teacher对象的信息。

先准备好Student类和Teacher类

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public class Student{
private String name;
private int age;
private char sex;
private double height;
private String hobby;

public Student(String name, int age, char sex, double height, String hobby) {
this.name = name;
this.age = age;
this.sex = sex;
this.height = height;
this.hobby = hobby;
}
}

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public class Teacher {
private String name;
private double salary;

public Teacher(String name, double salary) {
this.name = name;
this.salary = salary;
}
}

创建一个测试类,在测试中类创建一个Student对象,创建一个Teacher对象,用ObjectFrame的方法把这两个对象所有的属性名和属性值写到文件中去。

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public class Test5Frame{
@Test
public void save() throws Exception{
Student s1 = new Student("黑马吴彦祖",45, '男', 185.3, "篮球,冰球,阅读");
Teacher s2 = new Teacher("播妞",999.9);

ObjectFrame.save(s1);
ObjectFrame.save(s2);
}
}

打开data.txt文件,内容如下图所示,就说明我们这个框架的功能已经实现了

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---------Student---------
name=黑马吴彦祖
age=45
sex=男
height=185.3
hobby=篮球,冰球,阅读
---------Teacher---------
name=播妞
salary=999.9

2. 注解

2.1 认识注解&定义注解

先来认识一下什么是注解?

Java注解是代码中的特殊标记,比如@Override、@Test等,作用是让其他程序根据注解信息决定怎么执行该程序。

比如:Junit框架的@Test注解可以用在方法上,用来标记这个方法是测试方法,被@Test标记的方法能够被Junit框架执行。

再比如:@Override注解可以用在方法上,用来标记这个方法是重写方法,被@Override注解标记的方法能够被IDEA识别进行语法检查。

  • 注解不光可以用在方法上,还可以用在类上、变量上、构造器上等位置。

上面我们说的@Test注解、@Overide注解是别人定义好给我们用的,将来如果需要自己去开发框架,就需要我们自己定义注解。

接着我们学习自定义注解

自定义注解的格式如下图所示

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public @interface 注解名称 {
public 树形类型 属性名() default 默认值;
}

比如:现在我们自定义一个MyTest注解

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public @interface MyTest{
String aaa();
boolean bbb() default true; //default true 表示默认值为true,使用时可以不赋值。
String[] ccc();
}

定义好MyTest注解之后,我们可以使用MyTest注解在类上、方法上等位置做标记。注意使用注解时需要加@符号,如下

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@MyTest1(aaa="牛魔王",ccc={"HTML","Java"})
public class AnnotationTest1{
@MyTest(aaa="铁扇公主",bbb=false, ccc={"Python","前端","Java"})
public void test1(){

}
}

注意:当注解中只有一个属性且其名称为"value"时,可以省略"value"这个属性名,直接写属性值即可。比如现在重新定义一个MyTest2注解

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public @interface MyTest2{
String value(); //特殊属性
int age() default 10;
}

定义好MyTest2注解后,再将@MyTest2标记在类上,此时value属性名可以省略,代码如下

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@MyTest2("孙悟空") //等价于 @MyTest2(value="孙悟空")
@MyTest1(aaa="牛魔王",ccc={"HTML","Java"})
public class AnnotationTest1{
@MyTest(aaa="铁扇公主",bbb=false, ccc={"Python","前端","Java"})
public void test1(){

}
}

到这里关于定义注解的格式、以及使用注解的格式就学习完了。

注解本质是什么呢?

想要搞清楚注解本质是什么东西,我们可以把注解的字节码进行反编译,使用XJad工具进行反编译。经过对MyTest1注解字节码反编译我们会发现:

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1.MyTest1注解本质上是接口,每一个注解接口都继承子Annotation接口
2.MyTest1注解中的属性本质上是抽象方法
3.@MyTest1实际上是作为MyTest接口的实现类对象
4.@MyTest1(aaa="孙悟空",bbb=false,ccc={"Python","前端","Java"})里面的属性值,可以通过调用aaa()、bbb()、ccc()方法获取到。 【别着急,继续往下看,再解析注解时会用到】

2.2 元注解

什么是元注解?

元注解是修饰注解的注解。这句话虽然有一点饶,但是非常准确。我们看一个例子

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@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) //@Retention注解是修饰Test注解的注解
@Target({ElementType.METHOD}) //@Target注解是修饰Test注解的注解

//这是自定义的Test注解
public @interface Test {

}

接下来分别看一下@Target注解和@Retention注解有什么作用,如下图所示

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@Target是用来声明注解只能用在那些位置,比如:类上、方法上、成员变量上等
@Retetion是用来声明注解保留周期,比如:源代码时期、字节码时期、运行时期

@Target

@Target 作用:声明被修饰的注解只能在哪些位置使用

@Target(ElementType.TYPE)

  1. TYPE:类,接口
  2. FIELD:成员变量
  3. METHOD:成员方法
  4. PARAMETER:方法参数
  5. CONSTRUCTOR:构造器
  6. LOCAL_VARIABLE:局部变量

@Retention

@Retention 作用:指定注解的保留策略周期。

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)

  1. SOURCE(源码级别)
    仅在源码阶段有效,不会被保留到编译后的字节码文件中。

  2. CLASS(默认值)
    在编译后的字节码文件中保留,但在运行阶段不起作用。

  3. RUNTIME(开发常用)
    在运行阶段一直保留有效。这是开发中常用的保留策略。

  • @Target元注解的使用:比如定义一个MyTest3注解,并添加@Target注解用来声明MyTest3的使用位置
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@Target(ElementType.TYPE) //声明@MyTest3注解只能用在类上
public @interface MyTest3{

}

如果我们定义MyTest3注解时,使用@Target注解属性值写成下面样子

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//声明@MyTest3注解只能用在类上和方法上
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
public @interface MyTest3{

}

到这里@Target元注解的使用就演示完毕了。

  • @Retetion元注解的使用:定义MyTest3注解时,给MyTest3注解添加@Retetion注解来声明MyTest3注解保留的时期
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@Retetion是用来声明注解保留周期,比如:源代码时期、字节码时期、运行时期
@Retetion(RetetionPloicy.SOURCE): 注解保留到源代码时期、字节码中就没有了
@Retetion(RetetionPloicy.CLASS): 注解保留到字节码中、运行时注解就没有了
@Retetion(RetetionPloicy.RUNTIME):注解保留到运行时期
【自己写代码时,比较常用的是保留到运行时期】
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//声明@MyTest3注解只能用在类上和方法上
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
//控制使用了@MyTest3注解的代码中,@MyTest3保留到运行时期
@Retetion(RetetionPloicy.RUNTIME)
public @interface MyTest3{

}

2.3 解析注解

可以通过反射技术把类上、方法上、变量上的注解对象获取出来,然后通过调用方法就可以获取注解上的属性值了。把获取类上、方法上、变量上等位置注解及注解属性值的过程称为解析注解。

解析注解套路如下

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1.如果注解在类上,先获取类的字节码对象,再获取类上的注解
2.如果注解在方法上,先获取方法对象,再获取方法上的注解
3.如果注解在成员变量上,先获取成员变量对象,再获取变量上的注解
总之:注解在谁身上,就先获取谁,再用谁获取谁身上的注解
  • Class、Method、Field,Constructor、都实现了AnnotatedElement接口,它们都拥有解析注解的能力。

    AnnotatedElement接口提供了解析注解的方法 说明 参数含义
    public Annotation[] getDeclaredAnnotations() 获取当前对象上面的注解
    public T getDeclaredAnnotation(Class<T> annotationClass) 获取指定的注解对象 annotationClass:要获取的注解类型的Class
    public boolean isAnnotationPresent(Class<Annotation> annotationClass) 判断当前对象上是否存在某个注解 annotationClass:要判断的注解类型的Class

解析来看一个案例,来演示解析注解的代码编写

按照需求要求一步一步完成

① 先定义一个MyTest4注解

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//声明@MyTest4注解只能用在类上和方法上
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
//控制使用了@MyTest4注解的代码中,@MyTest4保留到运行时期
@Retetion(RetetionPloicy.RUNTIME)
public @interface MyTest4{
String value();
double aaa() default 100;
String[] bbb();
}

② 定义有一个类Demo

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@MyTest4(value="蜘蛛侠",aaa=99.9, bbb={"至尊宝","黑马"})
public class Demo{
@MyTest4(value="孙悟空",aaa=199.9, bbb={"紫霞","牛夫人"})
public void test1(){

}
}

③ 写一个测试类AnnotationTest3解析Demo类上的MyTest4注解

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public class AnnotationTest3{
@Test
public void parseClass(){
//1.先获取Class对象
Class c = Demo.class;

//2.解析Demo类上的注解
if(c.isAnnotationPresent(MyTest4.class)){
//获取类上的MyTest4注解
MyTest4 myTest4 = (MyTest4)c.getDeclaredAnnotation(MyTest4.class);
//获取MyTests4注解的属性值
System.out.println(myTest4.value());
System.out.println(myTest4.aaa());
System.out.println(myTest4.bbb());
}
}

@Test
public void parseMethods(){
//1.先获取Class对象
Class c = Demo.class;

//2.解析Demo类中test1方法上的注解MyTest4注解
Method m = c.getDeclaredMethod("test1");
if(m.isAnnotationPresent(MyTest4.class)){
//获取方法上的MyTest4注解
MyTest4 myTest4 = (MyTest4)m.getDeclaredAnnotation(MyTest4.class);
//获取MyTests4注解的属性值
System.out.println(myTest4.value());
System.out.println(myTest4.aaa());
System.out.println(myTest4.bbb());
}
}
}