Java进阶-day06：反射、注解与动态代理深度解析

news2025/4/6 7:24:26

一、反射机制：Java的自我认知能力

1.1 认识反射

1.2 获取Class对象

1.3 获取类的成分

二、注解：Java的元数据机制

2.1 注解概述

2.2 元注解

2.3 注解解析

2.4 注解的实际应用

三、动态代理：灵活的间接访问机制

3.1 为什么需要代理

3.2 Java动态代理实现

3.3 动态代理的实际应用

四、总结

一、反射机制：Java的自我认知能力

1.1 认识反射

反射(Reflection)是Java语言的一种强大特性，它允许程序在运行时获取类的内部信息，并能直接操作类或对象的内部属性和方法。这种"自我认知"能力打破了传统编程的静态模式，为Java带来了极大的灵活性。

反射的核心思想是：在运行时而非编译时确定和操作类的信息。这使得我们可以编写出更加通用和灵活的代码，但也带来了性能开销和安全考虑。

1.2 获取Class对象

要使用反射，首先需要获取类的Class对象，Java提供了三种方式：

// 1. 通过类名.class获取
Class<String> stringClass = String.class;

// 2. 通过对象.getClass()获取
String str = "Hello";
Class<?> strClass = str.getClass();

// 3. 通过Class.forName()动态加载
Class<?> arrayListClass = Class.forName("java.util.ArrayList");

1.3 获取类的成分

获取Class对象后，我们可以深入探索类的各个组成部分：

获取构造方法：

Constructor<?>[] constructors = String.class.getConstructors();
Constructor<?> stringConstructor = String.class.getConstructor(String.class);

获取字段信息：

Field[] fields = MyClass.class.getDeclaredFields();
Field nameField = MyClass.class.getDeclaredField("name");
nameField.setAccessible(true); // 突破私有访问限制

获取方法信息：

Method[] methods = MyClass.class.getDeclaredMethods();
Method method = MyClass.class.getMethod("setName", String.class);
Object result = method.invoke(obj, "newName"); // 调用方法

反射在实际开发中应用广泛，如：

IDE的代码提示功能
Spring框架的依赖注入
JUnit测试框架
序列化/反序列化工具

二、注解：Java的元数据机制

2.1 注解概述

注解(Annotation)是Java 5引入的一种元数据机制，它提供了一种向代码添加信息的方式，这些信息可以被编译器、运行时环境或其他工具读取和处理。

注解的本质是接口，它通过@interface关键字定义：

public @interface MyAnnotation {
    String value() default "";
    int priority() default 0;
}

2.2 元注解

元注解是用来注解其他注解的注解，Java提供了以下几种：

@Target：指定注解可以应用的目标（类、方法、字段等）
@Retention：指定注解的保留策略（源码、class文件、运行时）
@Documented：指示注解应该被包含在JavaDoc中
@Inherited：指示子类可以继承父类的注解
@Repeatable（Java 8+）：允许在同一位置重复使用同一注解

2.3 注解解析

定义注解后，我们需要通过反射机制来解析和使用它们：

// 获取类上的注解
MyAnnotation classAnnotation = MyClass.class.getAnnotation(MyAnnotation.class);

// 获取方法上的注解
Method method = MyClass.class.getMethod("someMethod");
MyAnnotation methodAnnotation = method.getAnnotation(MyAnnotation.class);

// 处理注解信息
if (methodAnnotation != null) {
    System.out.println("Value: " + methodAnnotation.value());
    System.out.println("Priority: " + methodAnnotation.priority());
}

2.4 注解的实际应用

注解在现代Java开发中无处不在：

框架配置：Spring的@Controller、@Service等
测试：JUnit的@Test、@Before等
持久化：JPA的@Entity、@Column等
代码生成：Lombok的@Getter、@Setter等
验证：Bean Validation的@NotNull、@Size等

三、动态代理：灵活的间接访问机制

3.1 为什么需要代理

代理模式的核心思想是通过一个代理对象来控制对真实对象的访问。在以下场景中代理特别有用：

访问控制：限制对真实对象的直接访问
功能增强：在不修改原始对象的情况下添加额外功能
延迟加载：当创建对象开销很大时，推迟实际创建时间
日志记录：自动记录方法调用信息
事务管理：自动为方法调用添加事务支持

3.2 Java动态代理实现

Java提供了java.lang.reflect.Proxy类来创建动态代理：

// 1. 定义接口
public interface UserService {
    void addUser(String username);
    void deleteUser(String username);
}

// 2. 实现接口
public class UserServiceImpl implements UserService {
    public void addUser(String username) {
        System.out.println("添加用户: " + username);
    }
    
    public void deleteUser(String username) {
        System.out.println("删除用户: " + username);
    }
}

// 3. 实现InvocationHandler
public class UserServiceProxy implements InvocationHandler {
    private Object target;
    
    public UserServiceProxy(Object target) {
        this.target = target;
    }
    
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("准备执行: " + method.getName());
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("执行完成: " + method.getName());
        return result;
    }
}

// 4. 使用代理
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        UserService realService = new UserServiceImpl();
        UserService proxy = (UserService) Proxy.newProxyInstance(
            UserService.class.getClassLoader(),
            new Class[]{UserService.class},
            new UserServiceProxy(realService)
        );
        
        proxy.addUser("张三");
        proxy.deleteUser("李四");
    }
}