Java高质量代码之 — 泛型与反射

前言:由于上一个星期工作繁忙,利用上下班和晚上睡前空余的时间拜读了秦小波老师的《改善Java程序的151建议》,感觉廓然开朗,注意到了很多平时在编写代码中并不会注意的问题,甚至感觉自己对Java只是略懂皮毛,不足以登大雅之堂,特此与读者分享读书笔记,以下内容摘自《改善Java程序的151建议》一书和笔者的理解


Java高质量代码系列文章
      面向对象篇:http://ray-yui.iteye.com/blog/1926984
      数据类型篇:http://ray-yui.iteye.com/blog/1927251
          字符串篇:http://ray-yui.iteye.com/blog/1927647
      数组与集合(1):http://ray-yui.iteye.com/blog/1928170
      数组与集合(2):http://ray-yui.iteye.com/blog/1930155
      枚举与注解:http://ray-yui.iteye.com/blog/1931408
      泛型与发射:http://ray-yui.iteye.com/blog/1933127
                  异常:http://ray-yui.iteye.com/blog/1938946
                      杂:http://ray-yui.iteye.com/blog/1942591


      在Java5后推出了泛型,使我们在编译期间操作集合或类时更加的安全,更方便代码的阅读,而让身为编译性语言的Java提供动态性的反射技术,更是在框架开发中大行其道,从而让Java活起来,下面看一下在使用泛型和反射需要注意和了解的事情


1.Java的泛型是类型擦除的
      Java中的泛型是在编译期间有效的,在运行期间将会被删除,也就是所有泛型参数类型在编译后都会被清除掉.请看以下例子

public static void test(List<Integer> testParameter) {
	
}

public static void test(List<String> testParameter) {

}

      以上是一个最最简单的重载例子,在编译后泛型类型是会被擦除的,所以无论是List<Integer>或List<String>都会变成List<E>,所以参数相同,重载不成立,无法编译通过,而且读者可以尝试将不同泛型的类getClass()看看,他们的Class是一样的


2.不能初始化泛型参数和数组
      请观察以下代码

class Test<T> {
	//编译不通过
	private T t = new T();
	//编译不通过
	private T[] tArray = new T[5];
	//编译通过
	private List<T> list = new ArrayList<T>();
}

      Java语言是一门强类型,编译型的安全语言,它需要确保运行期的稳定性和安全性,所以在编译时编译器需要严格的检查我们所声明的类型,在编译期间编译器需要获取T类型,但泛型在编译期间已经被擦除了,所以new T()和new T[5]都会出现编译错误,而为什么ArrayList却能成功初始化?这是因为ArrayList表面是泛型,但在编译期间已经由ArrayList内部转型成为了Object,有兴趣的读者可以看一下ArrayList的源码,源码中容纳元素的是private transient Object[] elementData,是Object类型的数组


3.强制声明泛型的实际类型
      在使用泛型时,在大多数情况下应该声明泛型的类型,例如该集合是存放User对象的,就应该使用List<User>来声明,这样可以尽量减少类型的转换,若只使用List而不声明泛型,则该集合等同于List<Object>


4.注意泛型没有继承说
      请看以下例子

public static void main(String[] args) {
	// 编译不通过
	List<Object> list = new ArrayList<Integer>();
	// or
	List<Object> list = new ArrayList<Double>();
}

      上面代码的业务逻辑为有一组元素,但我不确定元素时整形还是浮点型,当我在确定后创建对应的泛型实现类,刚接触泛型的读者有可能会犯以上错误,理解为泛型之间是可以继承的,例如声明Object的泛型实际上创建Integer泛型,错误认为泛型之间也存在继承关系,但这是不正确的,泛型是帮助开发者编译期间类型检查安全.我们可以换种方式实现以上业务逻辑

public static void main(String[] args) {
	//Number 为Integer 和 Double 的公共父类
	List<Number> numberList = new ArrayList<Number>();
	
	//使用通配符,代表实际类型是Number类型的子类
	List<? extends Number> numberList2 = new ArrayList<Integer>();
	//or
	List<? extends Number> numberList3 = new ArrayList<Double>();
}

5.不同场景使用不同的通配符
     泛型当中支持通配符,可以单独使用 '?' 来表示任意类型,也可以使用刚才上面例子中的extends关键字表示传入参数是某一个类或接口的子类,也可以使用super关键字表示接受某一个类型的父类型,extends和super的写法一样,extends是限定上界,super为限定下界


6.建议采用顺序为List<T> List<?> List<Object>
      以上三者都可以容纳所有的对象,但使用的顺序应该是首选List<T>,然后List<?>,最后才使用List<Object>,原因是List<T>是确定为某一类型的,安全的,也是Java所推荐的,而List<?>代表为任意类型,与List<T>类似,而List<Object>中全部为Object类型,这与不使用泛型无异,而List<T>是可读可写的,因为已经明确了T类型,而其他两者在读取时需要进行向下转型,造成了不必要的转型


7.使用多重边界限定
      现在有一个业务需求,收钱时需要是我们本公司的员工(继承User),同时亦需要具备收银员的功能(实现Cashier),此时我们当然可以想到接受1个User然后判断User是否实现了Cashier接口,但在泛型的世界中,我们可以怎么做?请看以下例子

public static  <T extends User & Cashier> void CollectMoney(T t){

}

      以上例子就表明,限定了上界,只要是User和Cashier的子类才可以作为参数传递到方法当中



======================我是泛型和反射的分界线====================


8.注意Class类的特殊性
      Java语言是先把Java源文件编译成后缀为class的字节码文件,然后通过ClassLoader机制把类文件加载到内存当中,最后生成实例执行的,在描述一个类是,Java使用了一个元类来对类进行描述,这就是Class类,他是一个描述类的类,所以注定Class类是特殊的
      1.Class类无构造函数,Class对象加载时由JVM通过调用类加载器的
        defineClass方法来构造Class对象

      2.Class类还可以描述基本数据类型,由于基本类型并不是Java中的对象,它们
        一般存在于栈,但Class仍然可以对它们进行描述,例如使用int.class

      3.其对象都是单例模式,一个Class的实现对象描述一个类,并且只描述一个类
        所以只要是该被描述的类所有对象都只有一个Class实例

      4.Class类是Java反射的入口


9.适时选择getDeclaredXXX和getXXX
      Class类中提供了很多getDeclaredXXX和getXXX的方法,请看以下例子

public static void main(String[] args) {
	Class<User> cls = User.class;
	//获取类方法
	cls.getDeclaredMethods();
	cls.getMethods();
	//获取类构造函数
	cls.getDeclaredConstructors();
	cls.getConstructors();
	//获取类属性
	cls.getDeclaredFields();
	cls.getFields();
}

      getXXX的方式是获取所有公共的(public)级别的,包括从父类继承的方法,而getDeclaredXXX的方式是获取所有的,包括公共的(public),私有的(private),不受限与访问权限,


10.反射访问属性或方法时将Accessible设置为true
      在调用构造函数或方法的invoke前检查accessible已经是公认的写法,例如以下代码

public static void main(String[] args) throws Exception {
	Class<User> cls = User.class;
	//创建对象
	User user = cls.newInstance();
	
	//获取test方法
	Method method = cls.getDeclaredMethod("test");
	
	//检查Accessible属性
	if(!method.isAccessible()){
		method.setAccessible(true);
	}
	method.invoke(user);
}

      读者可以尝试获取Class的getMethod,也就是公开的方法,再输出isAccessible,可以看到输出的其实也是false,其实因为accessible属性的语义并不是我们理解的访问权限,而是指是否进行安全检查,而安全监察是非常消耗资源的,所以反射提供了Accessible可选项,让开发者逃避安全检查,有兴趣的读者可以查看AccessibleObject类观察其源码了解安全检查.

11.使用forName动态加载类
      forName相信各位读者不会陌生,在使用JDBC时要动态加载数据库驱动就是使用forName的方式进行加载,同时亦可以从外部配置文件中读取类的全路径字符串进行加载,在使用forName时,被加载的类就会被加载到内存当中,只会加载类,并不会执行任何代码,而我们的数据库驱动就是利用static代码块来执行操作的,因为当类被加载到内存中时,会执行static代码块


12.使用反射让模板方法更强大
      模板方法的定义是,定义一个操作的算法骨架,将某些步骤延迟到子类当中实现,而实现细节由子类决定,父类只决定骨架,以下是一个传统模板方法的事例

public abstract class Test {

	public final void doSomething() {
		System.out.println("start...");
		doInit();
		System.out.println("end.....");
	}

	protected abstract void doInit();
}

    此时子类只需要继承Test类实现doInit()方法即可嵌入到doSomething中,现在我们有一个需求,若我在doSomething中需要调用一系列的方法才能完成doSomething呢?而且我调用方法的数量并不确定,只需遵从某些规则则可将方法添加到doSomething方法当中.请看以下代码

public abstract class Test {

	public final void doSomething() throws Exception {

		Method[] methods = this.getClass().getDeclaredMethods();
		System.out.println("start...");
		for (Method method : methods) {
			if (this.checkInitMethod(method)) {
				method.invoke(this);
			}
		}
		System.out.println("end.....");
	}

	private boolean checkInitMethod(Method method) {
		// 方法名初始是否为init
		return method.getName().startsWith("init")
		// 是否为public修饰
				&& Modifier.isPublic(method.getModifiers())
				// 返回值是否为void
				&& method.getReturnType().equals(Void.TYPE)
				// 是否没有参数
				&& !method.isVarArgs()
				// 是否抽象类型
				&& !Modifier.isAbstract(method.getModifiers());
	}
}

      看到上面的代码,读者是否有似曾相识的感觉?在使用Junit3时是不是只要遵守方法的签名约定,就能成为测试类?使用这种反射可以让模板方法更强大,下次需要使用多个方法在模板方法中时,不要创建多个抽象方法,尝试使用以上方式


13.不要过分关注反射的效率
      反射的效率是一个老生常谈的问题,普通的调用方法,创建类,在反射的情况下需要调用诸多API才能实现,效率当然要比普通情况下低下,但在项目当中真正引起性能问题的地方,绝大数不会是由反射引起的,而反射带给我们的却是如此的美妙,当今的各系列开源框架,几乎都存在反射的身影,而且大量存在更比比皆是,让Java这个沉睡的美女活起来的,非反射莫属


总结:
      笔者在本文章中只从《改善Java程序的151建议》中提取部分进行归纳性叙述,推荐各位读者购买这本书,该书不仅从事例中学习,而且涉及到原理,底层的实现,不仅告诉你应该怎么做,还告诉你为什么要这样做.

评论

12 楼 tanshenghui 2014-07-02  

      getXXX的方式是获取所有公共的(public)级别的,包括从父类继承的方法,而getDeclaredXXX的方式是获取所有的,包括公共的(public),私有的(private),不受限与访问权限,

getDeclaredXXX的方式是获取自身的方法或属性，不包括父类继承的，这点应该说明。

11 楼 ray_yui 2013-09-10  

jj356302304 写道

jj356302304 写道

我有一个问题,在泛型第4点
List<Object> list = new ArrayList<Integer>();
这样编译是报错的.但是在第一点时你说,泛型在编译之后是擦除的,如果这个说法成立.那么这句代码在编译后可以认为是
List<Object> list = new ArrayList<Object>();
但是为什么编译时会报错呢?难道说编译后没有类型擦除!
谢谢

楼主的这句话有点问题"也就是所有泛型参数类型在编译后都会被清除掉.",应该改为"也就是所有泛型参数类型在运行时都会被清除掉",那么这个就不是问题了

根据刚才的提问进行了测试,在编译时报出如下错误
Method test(List<String>) has the same erasure test(List<E>) as another method in type,具有相同的擦除在另一个方法,希望帮助到你解决问题

10 楼 ray_yui 2013-09-10  

jj356302304 写道

jj356302304 写道

我有一个问题,在泛型第4点
List<Object> list = new ArrayList<Integer>();
这样编译是报错的.但是在第一点时你说,泛型在编译之后是擦除的,如果这个说法成立.那么这句代码在编译后可以认为是
List<Object> list = new ArrayList<Object>();
但是为什么编译时会报错呢?难道说编译后没有类型擦除!
谢谢

楼主的这句话有点问题"也就是所有泛型参数类型在编译后都会被清除掉.",应该改为"也就是所有泛型参数类型在运行时都会被清除掉",那么这个就不是问题了

编译报错!=编译后,所以就能理解为,编译不通过,那就不存在编译后,是Java对你的编译报错出了错误,所以编译后类型擦除的说话是没问题的

9 楼 jj356302304 2013-09-10  

jj356302304 写道

我有一个问题,在泛型第4点
List<Object> list = new ArrayList<Integer>();
这样编译是报错的.但是在第一点时你说,泛型在编译之后是擦除的,如果这个说法成立.那么这句代码在编译后可以认为是
List<Object> list = new ArrayList<Object>();
但是为什么编译时会报错呢?难道说编译后没有类型擦除!
谢谢

楼主的这句话有点问题"也就是所有泛型参数类型在编译后都会被清除掉.",应该改为"也就是所有泛型参数类型在运行时都会被清除掉",那么这个就不是问题了

8 楼 ray_yui 2013-09-10  

jj356302304 写道

我有一个问题,在泛型第4点
List<Object> list = new ArrayList<Integer>();
这样编译是报错的.但是在第一点时你说,泛型在编译之后是擦除的,如果这个说法成立.那么这句代码在编译后可以认为是
List<Object> list = new ArrayList<Object>();
但是为什么编译时会报错呢?难道说编译后没有类型擦除!
谢谢

非常感谢你的提问,这里是我的问题,由于篇幅的问题,我省略了协变和逆变的概念,这是因为由于Java为了保证安全性,必须保证泛型参数是固定的,所以它不允许一个泛型参数可以同时包含两种类型,即父子关系也不可以,除非使用通配符,这是泛型限定的

7 楼 jj356302304 2013-09-10  

我有一个问题,在泛型第4点
List<Object> list = new ArrayList<Integer>();
这样编译是报错的.但是在第一点时你说,泛型在编译之后是擦除的,如果这个说法成立.那么这句代码在编译后可以认为是
List<Object> list = new ArrayList<Object>();
但是为什么编译时会报错呢?难道说编译后没有类型擦除!
谢谢

6 楼 ray_yui 2013-09-02  

jadymrhu 写道

为嘛是151条建议，这是一个质数

我是无辜的..那书名就是151

5 楼 jadymrhu 2013-09-02  

为嘛是151条建议，这是一个质数

4 楼 areha001 2013-08-30  

Mark ， 不错

3 楼 hebad90 2013-08-30  

泛型那里学习了。

2 楼 tongyi55555 2013-08-29  

多谢分享，根据楼主的建议去看看151这本书。

1 楼 jacking124 2013-08-29  

支持你,写到不错的，学习了！