注解

是什么

Annotation是从JDK5.0开始引入的新技术
Annotation的作用:
- 不是程序本身，可以对程序作出解释
- 可以被其他程序(比如:编译器等)读取
Annotation的格式:
- 注解是以”@注释名”在代码中存在的,还可以添加一些参数值,例>如:@SuppressWarnings(value=”unchecked”)
Annotation在哪里使用?
- 可以附加在package，class,method,field 等上面,相当于给他们添加了额外的辅助信息
  
  我们可以通过反射机制编程实现对这些元数据的访问

常用的内置注解

@Override:定义在java.lang.Override 中,此注释只适用于修辞方法,表示一个方法声明打算重写超类中的另一个方法声明.
@Deprecated:定义在java.lang.Deprecated中,此注释可以用于修辞方法,属性,类,表示不鼓励程序员使用这样的元素，通常是因为它很危险或者存在更好的选择
@SuppressWarnings:定义在java.lang.SuppressWarnings中,用来抑制编译时的警告信息口
- 与前两个注释有所不同,需要添加一个参数才能正确使用,这些参数都是已经定义好了的
  - @SuppressWarnings(“all”)
  - @SuppressWarnings(“unchecked”)
  - @SuppressWarnings(value={“unchecked”,”deprecation”})
  - 等等.……

元注解

元注解的作用就是负责注解其他注解，Java定义了4个标准的meta-annotation类型,他们被用来提供对其他annotation类型作说明
这些类型和它们所支持的类在java.lang.annotation包中可以找到.（@Target,@Retention,@Documented,@Inherited )
- @Target:用于描述注解的使用范围(即:被描述的注解可以用在什么地方)
  1
  @Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
- @Retention:表示需要在什么级别保存该注释信息，用于描述注解的生命周期(SOURCE<CLASS < RUNTIME)
  1
  @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
- @Document:说明该注解将被包含在javadoc中
- @Inherited:说明子类可以继承父类中的该注解

自定义注解

使用 @interface自定义注解时,自动继承了java.lang.annotation.Annotation接口
分析
- @ interface用来声明一个注解,格式:public @ interface 注解名{定义内容}
- 其中的每一个方法实际上是声明了一个配置参数
- 方法的名称就是参数的名称
- 返回值类型就是参数的类型(返回值只能是基本类型,Class，String，enum)
- 可以通过default来声明参数的默认值
- 如果只有一个参数成员,一般参数名为value
- 注解元素必须要有值，在定义注解元素时，经常使用空字符串,0作为默认值

// 示例
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface MyAnnotation{
    // 注解的参数：参数类型+参数名();
    String name() default "";
    int age() default 0;
    int id() default -1; // 如果默认值为-1，代表不存在
    
    String[] schools() default {zju,zjut};
}

@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface MyAnnotation{
    String value(); // 如果只有一个参数，默认使用value，在调用注解的时候可以直接传值 @MyAnnotation("123456")
}

反射机制

Java不是动态语言，但Java可以称之为“准动态语言”。即Java有一定的动态性。可以利用反射机制获得类似动态语言的特性。Java的动态性让编程的时候更加灵活

Reflection(反射)是Java被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期借助于Reflection API取得任何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法 Class c = Class.forName("java.lang.String”)
加载完类之后，在堆内存的方法区中就产生了一个Class类型的对象(一个类只有一个Class对象),这个对象就包含了完整的类的结构信息。我们可以通过这个对象看到类的结构。这个对象就像一面镜子，透过这个镜子看到类的结构，所以我们形象的称之为反射

Java反射机制提供的功能

在运行时判断任意一个对象所属的类
在运行时构造任意一个类的对象
在运行时判断任意一个类所具有的成员变量和方法
在运行时获取泛型信息
在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
在运行时处理注解
生成动态代理
······

优点

可以实现动态创建对象和编译,体现出很大的灵活性

缺点

对性能有影响。使用反射基本上是一种解释操作，我们可以告诉JVM，我们希望做什么并且它满足我们的要求。这类操作总是慢于直接执行相同的操作

反射相关的主要API

java.lang.Class:代表一个类
java.lang.reflect.Method:代表类的方法
java.lang.reflect.Field:代表类的成员变量
java.lang.reflect.Constructor:代表类的构造器

Class类

在Object类中定义了一个方法，此方法将被所有子类继承 public final Class getClass()

可以得到的信息:某个类的属性、方法和构造器、某个类到底实现了哪些接口。对于每个类而言，JRE 都为其保留一个不变的 Class 类型的对象。一个 Class 对象包含了特定某个结构(class/interface/enum/annotation/primitive type/void/[])的有关信息

Class 本身也是一个类
Class 对象只能由系统建立对象
一个加载的类在 JVM 中只会有一个Class实例
一个Class对象对应的是一个加载到JVM中的一个.class文件上
每个类的实例都会记得自己是由哪个 Class 实例所生成
通过Class可以完整地得到一个类中的所有被加载的结构
Class类是Reflection的根源，针对任何想动态加载、运行的类，唯有先获得相应的Class对象

Class类常用方法

方法名	说明
`static ClassforName(String name)`	返回指定类名name的Class对象
`Object newInstance()`	调用缺省构造函数，返回Class对象的一个实例
`getName()`	返回此Class对象所表示的实体(类，接口，数组类或void)的名称
`Class getSuperClass()`	返回当前Class对象的父类的Class对象
`Class[] getinterfaces()`	获取当前Class对象的接口
`ClassLoader getClassLoader()`	返回该类的类加载器
`Constructor[] getConstructors()`	返回一个包含某些Constructor对象的数组
`Method getMethed(String name,Class.. T)`	返回一个Method对象，此对象的形参类型为paramType
`Field[] getDeclaredFields()`	返回Field对象的一个数组

获取Class类的实例

若已知具体的类，通过类的class属性获取，该方法最为安全可靠，程序性能最高 Class clazz = Person.class;
已知某个类的实例，调用该实例的getClass()方法获取Class对象 Class clazz = person.getClass()'
已知一个类的全类名，且该类在类路径下，可通过Class类的静态方法forName()获取，可能抛出ClassNotFoundException

Class clazz = Class.forName("demo01.Student");
内置基本数据类型可以直接用类名.Type
还可以利用ClassLoader

可以有Class对象的类型

class：外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类
interface:接口
[]:数组
enum:枚举
annotation:注解@interface
primitive type:基本数据类型
void

内存分析

类的加载

加载：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后生成一个代表这个类的java.lang.Clasg对象
链接：将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程
- 验证:确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题
- 准备:正式为类变量(static)分配内存并设置类变量默认初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配
- 解析:虚拟机常量池内的符号引用(常量名)替换为直接引用(地址)的过程
初始化:
- 执行类构造器<clinit>()方法的过程。类构造器<clinit>()方法是由编译期自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的(类构造器是构造类信息的，不是构造该类对象的构造器)
- 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化
- 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确加锁和同步

类初始化

类的主动引用(一定会发生类的初始化)
- 当虚拟机启动，先初始化main方法所在的类
- new一个类的对象
- 调用类的静态成员(除了final常量)和静态方法
- 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
- 当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先会初始化它的父类
类的被动引用(不会发生类的初始化)
- 当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化。如:当通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化
- 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
- 引用常量不会触发此类的初始化(常量在链接阶段就存入调用类的常量池中了)

类加载器

类加载的作用：将class文件字节码内容加载到内存中，并这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后在堆中生成一个代表这个类的java.langClass对象作为方法区中类数据的访问入口
类缓存：标准的JavaSE类加载器可以按要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器中，它将维持加载(缓存)一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象

加载器的类型

引导类加载器：用C++编写的，是JVM自带的类加载器，负责Java平台核心库，用来装载核心类库。该加载器无法直接获取/jre/lib（Bootstrap ClassLoader）
扩展类加载器：负责jre/lib/ext目录下的jar包或-D java.ext.dirs 指定目录下的jar包装入工作库（Extension ClassLoader，上级为Bootstrap，显示为null）

ClassLoader parent = systemClassLoader.getParent()
系统类加载器:负责java -classpath 或-D java.class.path所指的目录下的类与jar包装入工作，是最常用的加载器（Application ClassLoader，上级为Extension）
自定义类加载器（上级为Application）

ClassLoader systemClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader()

// 测试当前类是哪个加载器加载的
ClassLoader classLoader = Class.forName("").getClassLoader();
showPackages(classLoader);
// 获得系统类加载器可以加载的路径
System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));

双亲委派机制

Java 的双亲委派机制是一种类加载器的工作机制，其主要作用是保证 Java 类的加载顺序和类的安全性。具体来说，当一个类加载器需要加载一个类时，它会先将加载请求委托给其父类加载器，只有当父类加载器找不到目标类时，才由当前类加载器尝试加载。这一机制遵循“自上而下”的加载逻辑

可以防止类的重复加载：避免类被多个类加载器加载后导致的冲突（如 Java 核心类库）

确保核心类库的安全性：核心类（如 java.lang.String）由顶层类加载器（Bootstrap ClassLoader）加载，避免被篡改

维护全局类型一致性：保证在 JVM 中，一个类只被加载一次，其 Class 对象在整个 JVM 中是唯一的

能不能自己写个类java.lang.System?

假设自己的类加载器用双亲委派，那么优先由启动类加载器加载真正的java.lang.System，自然不会加载假冒的

假设自己的类加载器不用双亲委派，那么类加载器加载假冒的java.lang.system 时，它需要先加载父类java.lang.Object，而你没有用委派，找不到java.lang.0biect 所以加载会失败

以上也仅仅是假设。实际操作就会发现自定义类加载器加载以java打头的类时，会抛安全异常，在 jdk9 以上版本这些特殊包名都与模块进行了绑定，更连编译都过不了

获取运行时类的完整结构

通过反射获取运行时类的完整结构
Field、Method、Constructor、Superclass、Interface、Annotation

实现的全部接口
所继承的父类
全部的构造器
全部的方法
全部的Field
注解
······

Class c = Class.forName("top.qianqianzyk.pojo.User");
// 获得类的名字
System.out.println(c.getName()); // 包名＋类名
System.out.println(c.getSimpleName()); // 类名
// 获得类的属性
Field[] fields = c.getFields(); // public属性
Field[] fieldss = c.getDeclaredFields(); // 全部属性
// 获得指定属性的值
Field name = c.getDeclaredField("name");
// 获得类的方法
Method[] methods = c.getMethods(); // 获得本类及父类的全部public方法
Method[] methodss = c.getDeclaredMethods(); // 获得本类的所有方法
// 获得指定方法
Method setName = c.getMethod("setName",String.class);
// 获得类的构造器
Constructor[] constructors = c.getConstructors();
Constructor[] constructorss = c.getDeclaredConstructors();
// 获得指定的构造器
Constructor constructor = c.getDeclaredConstructor(String,class,int,class,int.class);

动态创建对象执行方法

有了Class对象，可以

创建类的对象:调用Class对象的newInstance()方法
- 类必须有一个无参数的构造器
- 类的构造器的访问权限需要足够
思考?难道没有无参的构造器就不能创建对象了吗?只要在操作的时候明确的调用类中的构造器并将参数传递进去之后，才可以实例化操作。步骤如下
- 通过Class类的getDeclaredConstructor(Class .. parameterTypes)取得本类的指定形参类型的构造器
- 向构造器的形参中传递一个对象数组进去，里面包含了构造器中所需的各个参数
- 通过Constructor实例化对象

Class c = Class.forName("top.qianqianzyk.pojo.User");
// 构造一个对象
User user = (User)c.newInstance();
// 通过构造器创建对象
Constructor constructor = c.getDeclaredConstructor(String,class,int,class,int.class);
User user2 = (User)constructor.newInstance("qianqianzyk",123,20);
// 通过反射调用普通方法
User user3 = (User)c.getInstance();
Method setName = c.getMethod("setName",String.class);
setName.invoke(user3,"qianqianzyk");
// 通过反射操作属性
User user4 = (User)c.getInstance();
Field name = c.getDeclaredField("name");
name.setAccessible(true); // 不能直接操作私有属性，需要关闭程序的安全检测
name.set(user4,"qianqianzyk");

通过反射，调用类中的方法，通过Method类完成

通过Class类的getMethod(String name,Class…parameterTypes)方法取得一个Method对象，并设置此方法操作时所需要的参数类型
之后使用Object invoke(Object obj, Object[] args)进行调用，并向方法中传递要设置的obj对象的参数信息

Object invoke(Object obj, object ... args)

Object 对应原方法的返回值，若原方法无返回值，此时返回null
若原方法若为静态方法，此时形参Object obj可为null
若原方法形参列表为空，则Object[] args为null
若原方法声明为private,则需要在调用此invoke()方法前，显式调用方法对象的setAccessible(true)方法，将可访问private的方法

setAccessible

Method和Field、Constructor对象都有setAccessible()方法
setAccessible作用是启动和禁用访问安全检查的开关
参数值为true,则指示反射的对象在使用时应该取消Java语言访问检查
- 提高反射的效率。如果代码中必须用反射，而该句代码需要频繁的被调用，那么请设置为true
- 使得原本无法访问的私有成员也可以访问
参数值为false则指示反射的对象应该实施Java语言访问检查

反射操作泛型

Java采用泛型擦除的机制来引入泛型，Java中的泛型仅仅是给编译器javac使用的,确保数据的安全性和免去强制类型转换问题，但是，一旦编译完成,所有和泛型有关的类型全部擦除
为了通过反射操作这些类型，Java新增了 ParameterizedType,GenericArrayTypeTypeVariable 和 WildcardType 几种类型来代表不能被归一到Class类中的类型但是又和原始类型齐名的类型
- ParameterizedType:表示一种参数化类型,比如Collection<String>
- GenericArrayType:表示一种元素类型是参数化类型或者类型变量的数组类型
- TypeVariable:是各种类型变量的公共父接口
- WildcardType:代表一种通配符类型表达式

public class Main {
    public void test01(Map<String,Integer>map, List<String> list){
        System.out.println("test01");
    }

    public Map<String,Integer> test02(){
        System.out.println("test02");
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException {
        Method method = Main.class.getMethod("test01", Map.class, List.class);

        Type[] genericParameterTypes = method.getGenericParameterTypes();
        for (Type genericParameterType : genericParameterTypes) {
            System.out.println("#" + genericParameterType);
            if (genericParameterType instanceof ParameterizedType) {
                ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) genericParameterType;
                Type[] actualTypeArguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();
                for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                    System.out.println("--" + actualTypeArgument);
                }
            }
        }

        System.out.println("==========================");
        method = Main.class.getMethod("test02", null);
        Type genericReturnType = method.getGenericReturnType();
        if(genericReturnType instanceof ParameterizedType){
            ParameterizedType parameterizedType = (ParameterizedType) genericReturnType;
            Type[] actualTypeArguments = parameterizedType.getActualTypeArguments();
            for (Type actualTypeArgument : actualTypeArguments) {
                System.out.println("--" + actualTypeArgument);
            }
        }
    }
}

反射操作注解

// 通过反射获得注解
Annotation[] annotations = c.getAnnotations();
for(Annotation annotation : annotations){
    System.out.println(annotation);
}
// 获得注解的value值
// Table为自定义注解
Table table = (Table)c.getAnnotation(Table.class);
String value = table.value();
System.out.println(value);
// 获得类指定的注解
Field f = c.getDeclaredField("name");
FiledAnnotation annotation = f.getAnnotation(FiledAnnotation.class);
System.out.println(annotation.columnName());
System.out.println(annotation.type());
System.out.println(annotation.length());

附

JVM内存结构

Java Virtual Machine:Java虚拟机，用来保证Java语言跨平台
Java虚拟机可以看做是一台抽象的计算机，如同真实的计算机那样，它有自己的指令集以及各种运行时内存区域
Java虚拟机与Java语言并没有必然的联系，它只与特定的二进制文件格式(class文件格式所关联)
Java 虚拟机就是一个字节码翻译器，它将字节码文件翻译成各个系统对应的机器码，确保字节码文件能在各个系统正确运行

JVM体系结构

JVM内存结构

程序计数器

保存当前执行指令的地址，一旦指令执行，程序计数器将更新到下一条指令javap

虚拟机栈

每个线程运行时所需要的内存空间，称为虚拟机栈
每个栈由多个栈帧(Frame)组成，对应着每次方法调用时所占用的内存
每个线程只能有一个活动栈帧，对应着当前正在执行的那个方法

栈帧

局部变量表：存放局部变量的列表
- 一个局部变量可以保存类型为boolean、byte、char、short、float、reference和returnAddress的数据
- 两个局部变量可以保存一个类型为long和double的数据
- 局部变量使用索引来进行定位访问，第一个局部变量的索引值为零
操作数栈：也称为操作栈，它是一个后进先出的栈
- 当一个方法刚刚开始执行时，其操作数栈是空的
- 随着方法执行和字节码指令的执行，会从局部变量表或对象实例的字段中复制常量或变量写入到操作数栈，再随着计算的进行将栈中元素出栈到局部变量表或者返回给方法调用者，也就是出栈/入栈操作
- 一个完整的方法执行期间往往包含多个这样出栈/入栈的过程
动态链接：简单的理解为指向运行时常量池的引用
- 在class文件里面，描述一个方法调用了其他方法，或者访问其成员变量是通过符号引用来表示的，动态链接的作用就是将这些符号引用所表示的方法转换为实际方法的直接引用
方法返回地址：方法调用的返回，包括正常返回(有返回值)和异常返回(没有返回值)，不同的返回类型有不同的指令
- 无论方法采用何种方式退出，在方法退出后都需要返回到方法被调用的位置，程序才能继续执行，方法返回时可能需要在当前栈
  
  帧中保存一些信息，用来帮他恢复它的上层方法执行状态

栈内存溢出

栈帧过多导致栈内存溢出
栈帧过大导致栈内存溢出

本地方法栈

本地方法栈的功能和特点类似于虚拟机栈，也是线程私有的
不同的是：本地方法栈服务的对象是JVM执行的native方法，而虚拟机栈服务的是JVM执行的Java方法
如何去服务native方法?native方法使用什么语言实现?怎么组织像栈帧这种为了服务方法的数据结构?
- 虚拟机规范并未给出强制规定，因此不同的虚拟机可以进行自由实现

堆

用来存放对象的内存区域
特点:
- 堆是被所有线程共亨的一块内存区域，在虚拟机启动时创建
- 堆的区域是用来存放对象实例的，因此也是垃圾收集器管理的主要区域
- 堆在逻辑上划分为“新生代”和“老年代”，新生代分为Eden区、ServivorFrom、ServivorTo三个区
- 堆一般实现成大小是可扩展的，使用“-Xms”与“-Xmx”控制堆的最小与最大内存

堆内存溢出

内存真不够，通过调整堆内存大小解决
存在死循环，通过修改代码解决

堆内存诊断

jps:查看当前系统中有哪些Java进程
jmap 工具:查看堆内存占用情况(某一个时刻) jmap -heap 进程id
jconsole 工具:图形界面的，内置Java 性能分析器，多功能的监测工具，可以连续监测

方法区

作用：存储每个类的结构
例如运行时常量池，字段和方法数据，以及方法和构造函数的代码，包括用于类和实例初始化以及接口初始化的特殊方法等

类加载过程

类加载过程分为三个阶段

加载
- 将类的字节码载入方法区，并创建类.class 对象(堆)
- 如果此类的父类没有加载，先加载父类
- 加载是懒惰执行
链接
- 验证 - 验证类是否符合 Class 规范，合法性、安全性检查
- 准备 - 为 static 变量分配空间，设置默认值
- 解析 - 将常量池的符号引用解析为直接引用
初始化
- 执行静态代码块与非 final静态变量的赋值（会合成一个方法）
- 初始化是懒惰执行