Java高级特性

引言

Java不仅提供了基础的编程功能，还包括了一系列强大的高级特性，这些特性能够显著提高代码的灵活性、可扩展性和性能。本文将详细介绍Java的几个高级特性，包括反射机制、注解与注释、泛型编程、以及Lambda表达式与Stream API，并通过表格进行总结和示范。

反射机制

什么是反射？

反射是Java动态语言特性的一个重要体现，它允许在运行时获取类的详细信息、操作类的属性和方法。利用反射，可以在运行时动态地创建对象、调用方法和访问字段，从而提高代码的灵活性。

反射的基本操作

获取类信息

使用Class对象获取类的详细信息。

java

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public class ReflectionExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class<?> clazz = Class.forName("java.lang.String");

            // 获取类名
            System.out.println("Class Name: " + clazz.getName());

            // 获取类的所有方法
            Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
            for (Method method : methods) {
                System.out.println("Method: " + method.getName());
            }

        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

动态创建对象

使用Constructor对象动态创建实例。

java

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import java.lang.reflect.Constructor;

public class DynamicInstanceExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class<?> clazz = Class.forName("java.lang.String");
            Constructor<?> constructor = clazz.getConstructor(String.class);
            
            // 创建对象实例
            Object instance = constructor.newInstance("Hello, Reflection!");
            System.out.println("Instance: " + instance);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

调用方法

使用Method对象动态调用类的方法。

java

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import java.lang.reflect.Method;

public class MethodInvocationExample {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class<?> clazz = Class.forName("java.lang.String");
            Method method = clazz.getMethod("substring", int.class, int.class);

            // 调用方法
            String result = (String) method.invoke("Hello, Reflection!", 7, 17);
            System.out.println("Result: " + result);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

反射常用类与方法表

类/接口	方法	描述
`Class`	`forName(String)`	获取指定类的`Class`对象
	`getName()`	获取类名
	`getDeclaredMethods()`	获取所有声明的方法
`Constructor`	`newInstance(Object...)`	创建实例
`Method`	`invoke(Object, Object...)`	调用方法

注解与注释

什么是注解？

注解（Annotation）是Java提供的一种元数据，用于在代码中提供额外信息，它并不直接影响程序行为，但可以通过工具或框架解析和处理注解。注解常用于代码生成、编译时检查、文档生成等。

定义与使用注解

定义自定义注解

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface MyAnnotation {
    String value();
}

使用自定义注解

public class AnnotationUsageExample {
    
    @MyAnnotation(value = "Test Method")
    public void testMethod() {
        System.out.println("Testing method with annotation");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Method method = AnnotationUsageExample.class.getMethod("testMethod");

            if (method.isAnnotationPresent(MyAnnotation.class)) {
                MyAnnotation annotation = method.getAnnotation(MyAnnotation.class);
                System.out.println("Annotation Value: " + annotation.value());
            }

            method.invoke(new AnnotationUsageExample());
            
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

注解与注释的常见类型表

注解	描述
`@Override`	表示方法覆盖了父类方法
`@Deprecated`	表示方法或类已过时，不建议使用
`@SuppressWarnings`	抑制编译器警告

泛型编程

什么是泛型？

泛型（Generic）是Java中的一种代码复用机制，允许在类、接口和方法定义中引入类型参数，从而使代码可以处理多种数据类型而不需要类型转换。泛型提高了代码的安全性和可读性。

泛型类与方法

定义泛型类

public class GenericClass<T> {
    private T value;

    public GenericClass(T value) {
        this.value = value;
    }

    public T getValue() {
        return value;
    }

    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }
}

使用泛型类

public class GenericUsageExample {
    public static void main(String[] args) {
        GenericClass<String> stringInstance = new GenericClass<>("Hello, Generic!");
        System.out.println("String Value: " + stringInstance.getValue());

        GenericClass<Integer> integerInstance = new GenericClass<>(123);
        System.out.println("Integer Value: " + integerInstance.getValue());
    }
}

定义泛型方法

public class GenericMethodExample {
    public static <T> void printArray(T[] array) {
        for (T element : array) {
            System.out.println(element);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String[] stringArray = {"A", "B", "C"};
        Integer[] intArray = {1, 2, 3};

        printArray(stringArray);
        printArray(intArray);
    }
}

常用泛型集合表

集合类	描述	示例代码
`ArrayList<T>`	动态数组，允许重复元素	`ArrayList<String> list = new ArrayList<>();`
`HashSet<T>`	无序集合，不允许重复元素	`HashSet<Integer> set = new HashSet<>();`
`HashMap<K, V>`	键值对映射，不允许重复键	`HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();`

Lambda表达式与Stream API

什么是Lambda表达式？

Lambda表达式是一种简洁的函数表示方法，可替代匿名内部类，使得代码更加简洁和易读。Lambda表达式主要用于简化对集合的操作，特别是在使用Stream API时。

Lambda表达式的基本语法

(parameters) -> expression
或
(parameters) -> { statements; }

示例：使用Lambda表达式

import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class LambdaExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("John", "Jane", "Jack");
        
        names.forEach(name -> System.out.println("Hello, " + name));
    }
}

什么是Stream API？

Stream API是Java 8引入的一套用于处理集合（如List、Set、Map）的强大工具。它支持函数式编程风格，通过一系列中间操作（如filter、map）和终端操作（如forEach、collect）实现高效的数据处理。

示例：使用Stream API

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class StreamExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6);

        // 筛选偶数，计算平方，并收集结果
        List<Integer> result = numbers.stream()
                .filter(n -> n % 2 == 0)
                .map(n -> n * n)
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println(result);
    }
}

Lambda表达式与Stream API常用方法表

方法	描述	示例代码
`forEach`	对集合中的每个元素执行操作	`list.forEach(element -> { ... });`
`filter`	筛选符合条件的元素	`stream.filter(element -> element > 0);`
`map`	对集合中的每个元素进行转换	`stream.map(element -> element * 2);`
`collect`	将流中的元素收集成另一集合	`stream.collect(Collectors.toList());`
`reduce`	将流中的元素根据某个策略合并成一个值	`stream.reduce(0, (a, b) -> a + b);`
`sorted`	对流中的元素进行排序	`stream.sorted();`
`distinct`	去除流中的重复元素	`stream.distinct();`
`limit`	截取流中的前n个元素	`stream.limit(5);`

表格总结

反射常用类与方法表

类/接口	方法	描述
`Class`	`forName(String)`	获取指定类的`Class`对象
	`getName()`	获取类名
	`getDeclaredMethods()`	获取所有声明的方法
`Constructor`	`newInstance(Object...)`	创建实例
`Method`	`invoke(Object, Object...)`	调用方法

注解与注释的常见类型表

注解	描述
`@Override`	表示方法覆盖了父类方法
`@Deprecated`	表示方法或类已过时，不建议使用
`@SuppressWarnings`	抑制编译器警告

常用泛型集合表

集合类	描述	示例代码
`ArrayList<T>`	动态数组，允许重复元素	`ArrayList<String> list = new ArrayList<>();`
`HashSet<T>`	无序集合，不允许重复元素	`HashSet<Integer> set = new HashSet<>();`
`HashMap<K, V>`	键值对映射，不允许重复键	`HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();`

Lambda表达式与Stream API常用方法表

方法	描述	示例代码
`forEach`	对集合中的每个元素执行操作	`list.forEach(element -> { ... });`
`filter`	筛选符合条件的元素	`stream.filter(element -> element > 0);`
`map`	对集合中的每个元素进行转换	`stream.map(element -> element * 2);`
`collect`	将流中的元素收集成另一集合	`stream.collect(Collectors.toList());`
`reduce`	将流中的元素根据某个策略合并成一个值	`stream.reduce(0, (a, b) -> a + b);`
`sorted`	对流中的元素进行排序	`stream.sorted();`
`distinct`	去除流中的重复元素	`stream.distinct();`
`limit`	截取流中的前n个元素	`stream.limit(5);`

应用场景与实践

反射机制的应用场景

反射常用于框架和库的开发，如Spring和Hibernate，这些框架通过反射动态创建对象和调用方法。同时，反射还可以用于工具和调试，动态分析和处理类。

示例：使用反射实现简单的依赖注入

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;

public class DependencyInjection {

    public static void main(String[] args) {
        Container container = new Container();
        Service service = container.getService(Service.class);
        service.execute();
    }
}

class Container {
    public <T> T getService(Class<T> clazz) {
        try {
            Constructor<T> constructor = clazz.getConstructor();
            T instance = constructor.newInstance();

            for (Field field : clazz.getDeclaredFields()) {
                if (field.isAnnotationPresent(Inject.class)) {
                    field.setAccessible(true);
                    field.set(instance, new ServiceImpl());
                }
            }

            return instance;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

class ServiceImpl implements Service {
    public void execute() {
        System.out.println("Service executed!");
    }
}

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.FIELD)
@interface Inject {}

interface Service {
    void execute();
}

class AppService implements Service {
    @Inject
    private Service service;

    public void execute() {
        service.execute();
    }
}

泛型编程应用场景

泛型编程常用于提高代码的复用性和类型安全性。例如，集合框架中广泛使用泛型，以确保存储在集合中的元素类型一致。

示例：创建泛型栈（Stack）

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class GenericStack<T> {
    private List<T> stack = new ArrayList<>();

    public void push(T item) {
        stack.add(item);
    }

    public T pop() {
        if (!stack.isEmpty()) {
            return stack.remove(stack.size() - 1);
        }
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) {
        GenericStack<String> stack = new GenericStack<>();
        stack.push("Hello");
        stack.push("World");
        System.out.println(stack.pop());
        System.out.println(stack.pop());
    }
}

Stream API应用场景

Stream API用于处理数据流，如集合和数组，可以简洁而高效地对数据进行过滤、转换、排序和收集操作。

示例：使用Stream API处理数据流

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class StreamApiExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = Arrays.asList("John", "Jane", "Jack", "Jill", "James");

        // 过滤以J开头的名字，并转换为大写
        List<String> result = names.stream()
                .filter(name -> name.startsWith("J"))
                .map(String::toUpperCase)
                .collect(Collectors.toList());

        System.out.println(result);
    }
}