【数据结构】反射、枚举、lambda表达式以及补充知识

文章目录

字符串常量池
反射
枚举的使用
Lambda表达式

字符串常量池

创建对象的思考

下面两种创建String对象的方式相同吗？

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
String s1 = "hello";
String s2 = "hello";
String s3 = new String("hello");
String s4 = new String("hello");
System.out.println(s1 == s2); // true
System.out.println(s1 == s3); // false
System.out.println(s3 == s4); // false
}

上述程序创建方式类似，为什么s1和s2引用的是同一个对象，而s3和s4不是呢？

在Java程序中，类似于：1， 2， 3，3.14，"hello"等字面类型的常量经常频繁使用，为了使程序的运行速度更快、更节省内存，Java为8种基本数据类型和String类都提供了常量池。

"池" 是编程中的一种常见的, 重要的提升效率的方式, 我们会在未来的学习中遇到各种 "内存池", "线程池", "数据库连接池" ...

为了节省存储空间以及程序的运行效率，Java中引入了：

Class文件常量池：每个.Java源文件编译后生成.Class文件中会保存当前类中的字面常量以及符号信息
运行时常量池：在.Class文件被加载时，.Class文件中的常量池被加载到内存中称为运行时常量池，运行时常量池每个类都有一份
字符串常量池

字符串常量池(StringTable)

字符串常量池在JVM中是StringTable类，实际是一个固定大小的HashTable(一种高效用来进行查找的数据结构，后序给大家详细介绍)，不同JDK版本下字符串常量池的位置以及默认大小是不同的：

再谈String对象创建

当创建对象时，对象之间的关系大致如图所示

结论：只要是new的对象，都是唯一的。

通过上面例子可以看出：使用常量串创建String类型对象的效率更高，而且更节省空间。用户也可以将创建的字符串对象通过 intern 方式添加进字符串常量池中。

intern方法

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
        char[]  chars= {'a','b','c'};
        String s1 = new String(chars);
        //s1.intern();
        String s2 = "abc";
        System.out.println(s1==s2);
    }

intern 是一个native方法(Native方法指：底层使用C++实现的，看不到其实现的源代码)，该方法的作用是手动将创建的String对象添加到常量池中。

反射

定义

Java的反射（reflection）机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意方法和属性，既然能拿到那么，我们就以修改部分类型信息；这种动态获取信息以及动态调用对象方法的功能称为java语言的反射（reflection）机制。

用途

在日常的第三方应用开发过程中，经常会遇到某个类的某个成员变量、方法或是属性是私有的或是只对系统应用开放，这时候就可以利用Java的反射机制通过反射来获取所需的私有成员或是方法。
反射最重要的用途就是开发各种通用框架，比如在spring中，我们将所有的类Bean交给spring容器管理，无论是XML配置Bean还是注解配置，当我们从容器中获取Bean来依赖注入时，容器会读取配置，而配置中给的就是类的信息，spring根据这些信息，需要创建那些Bean，spring就动态的创建这些类。

反射基本信息

Java程序中许多对象在运行时会出现两种类型：运行时类型(RTTI)和编译时类型，例如Person p = newStudent()；这句代码中p在编译时类型为Person，运行时类型为Student。程序需要在运行时发现对象和类的真实信息。而通过使用反射程序就能判断出该对象和类属于哪些类。

反射相关的类

Class类中的相关方法

获得类中构造方法相关的方法：

反射示例

在反射之前，我们需要做的第一步就是先拿到当前需要反射的类的Class对象，然后通过Class对象的核心方法，达到反射的目的，即：在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意方法和属性，既然能拿到那么，我们就可以修改部分类型信息。

第一种，使用 Class.forName("类的全路径名"); 静态方法。

前提：已明确类的全路径名。

第二种，使用 .class 方法。

说明：仅适合在编译前就已经明确要操作的 Class

第三种，使用类对象的 getClass() 方法

java 复制代码

public static void main1(String[] args) throws ClassNotFoundException {

        try{
            Class<Student> c1 = Student.class;
            System.out.println(c1);

            Student s = new Student();
            Class<? extends Student> c2 = s.getClass();
            System.out.println(c2);

            Class<?> c3 = null;
            c3 = Class.forName("refelcetdemo.Student");
            System.out.println(c3);
        }catch(ClassNotFoundException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

注意过程中会涉及异常问题，需要解决一下。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
        try {
            Class<?> c1 = Class.forName("refelcetdemo.Student");
            Method method =
                    c1.getDeclaredMethod("function", String.class);
            method.setAccessible(true);
            Student student = (Student) c1.newInstance();
            method.invoke(student,"调用成功");
        }catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    public static void main4(String[] args) {
        try {
            Class<?> c1 = Class.forName("refelcetdemo.Student");
            Field field = c1.getField("age");
            field.setAccessible(true);
            Student student = (Student) c1.newInstance();
            field.set(student,9);
            System.out.println(student);
        }catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main3(String[] args) {
        try {
            Class<?> c1 = Class.forName("refelcetdemo.Student");
            Constructor<Student> constructor =
                    (Constructor<Student>) c1.getDeclaredConstructor(String.class,int.class );
            constructor.setAccessible(true);
            Student student = constructor.newInstance("小明",6);
            System.out.println(student);
        }catch (ClassNotFoundException | NoSuchMethodException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
    public static void main2(String[] args) {
        try{
            Class<?> c1 = Class.forName("refelcetdemo.Student");
            Student student = (Student) c1.newInstance();
            System.out.println(c1);
        } catch (ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

这一部分是使用反射得到目标类，并且通过特定的方法分别得到目标类中的构造器，私有对象，私有方法。并且修改其中的变量的值。

反射优点和缺点

优点：

对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法；对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法
增加程序的灵活性和扩展性，降低耦合性，提高自适应能力
反射已经运用在了很多流行框架如：Struts、Hibernate、Spring 等等。

缺点：

使用反射会有效率问题。会导致程序效率降低。
反射技术绕过了源代码的技术，因而会带来维护问题。反射代码比相应的直接代码更复杂。

枚举的使用

枚举是在JDK1.5以后引入的。主要用途是：将一组常量组织起来，在这之前表示一组常量通常使用定义常量的方式：

java 复制代码

public static final int RED = 1;
public static final int GREEN = 2;
public static final int BLACK = 3;

但是常量举例有不好的地方，例如：可能碰巧有个数字1，但是他有可能误会为是RED，现在我们可以直接用枚举来进行组织，这样一来，就拥有了类型，枚举类型。而不是普通的整形1.

java 复制代码

public enum TestEnum {
RED,BLACK,GREEN;
}

优点：将常量组织起来统一进行管理

场景：错误状态码，消息类型，颜色的划分，状态机等等...

本质：是 java.lang.Enum 的子类，也就是说，自己写的枚举类，就算没有显示的继承 Enum ，但是其默认继承了这个类。

使用

switch语句

java 复制代码

public enum TestEnum {
RED,BLACK,GREEN,WHITE;
public static void main(String[] args) {
TestEnum testEnum2 = TestEnum.BLACK;
switch (testEnum2) {
case RED:
System.out.println("red");
break;
case BLACK:
System.out.println("black");
break;
case WHITE:
System.out.println("WHITE");
break;
case GREEN:
System.out.println("black");
break;
default:
break;
}
}
}

常用方法：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
        testEnum[] enums = testEnum.values();
       for (testEnum anEnum : enums) {
           System.out.println(anEnum.ordinal());
        }

        System.out.println(RED.compareTo(BLACK));
        testEnum testEnum = enumdemo.testEnum.valueOf("heihei");
        System.out.println(testEnum);

    }

补充知识：
1、当枚举对象有参数后，需要提供相应的构造函数
2、枚举的构造函数默认是私有的这个一定要记住

java 复制代码

RED("red",0),BLACK("black",1),GREEN("green",2),WHITE("white",3);

    private String name;
    private int key;
    /**
     * 1、当枚举对象有参数后，需要提供相应的构造函数
     * 2、枚举的构造函数默认是私有的 这个一定要记住
     * @param name
     * @param key
     */
    private testEnum (String name,int key) {
        this.name = name;
        this.key = key;
    }

枚举优点缺点

优点：

枚举常量更简单安全。
枚举具有内置方法，代码更优雅

缺点：

不可继承，无法扩展

枚举和反射

不能通过反射来获取枚举的构造。

原因是newInstance()函数中把枚举自动过滤了。

Lambda表达式

背景

Lambda表达式是Java SE 8中一个重要的新特性。lambda表达式允许你通过表达式来代替功能接口。 lambda表达式就和方法一样,它提供了一个正常的参数列表和一个使用这些参数的主体(body,可以是一个表达式或一个代码块)。 Lambda 表达式（Lambda expression），基于数学中的λ演算得名，也可称为闭包（Closure）。

Lambda表达式的语法

基本语法: (parameters) -> expression 或 (parameters) ->{ statements; }

Lambda表达式由三部分组成：

paramaters：类似方法中的形参列表，这里的参数是函数式接口里的参数。这里的参数类型可以明确的声明也可不声明而由JVM隐含的推断。另外当只有一个推断类型时可以省略掉圆括号。
->：可理解为"被用于"的意思
方法体：可以是表达式也可以代码块，是函数式接口里方法的实现。代码块可返回一个值或者什么都不反回，这里的代码块块等同于方法的方法体。如果是表达式，也可以返回一个值或者什么都不反回。

java 复制代码

// 1. 不需要参数,返回值为 2
() -> 2
// 2. 接收一个参数(数字类型),返回其2倍的值
x -> 2 * x
// 3. 接受2个参数(数字),并返回他们的和
(x, y) -> x + y
// 4. 接收2个int型整数,返回他们的乘积
(int x, int y) -> x * y
// 5. 接受一个 string 对象,并在控制台打印,不返回任何值(看起来像是返回void)
(String s) -> System.out.print(s)

函数式接口

要了解Lambda表达式,首先需要了解什么是函数式接口，函数式接口定义：一个接口有且只有一个抽象方法。

注意：

如果一个接口只有一个抽象方法，那么该接口就是一个函数式接口
如果我们在某个接口上声明了 @FunctionalInterface 注解，那么编译器就会按照函数式接口的定义来要求该接口，这样如果有两个抽象方法，程序编译就会报错的。所以，从某种意义上来说，只要你保证你的接口中只有一个抽象方法，你可以不加这个注解。加上就会自动进行检测的。

但是有这样一种特殊情况：
JDK1.8新特性，default默认方法可以有具体的实现

Lambda表达式的基本使用

特点：语法精简
1. 参数类型可以省略，如果需要省略，每个参数的类型都要省略。
2. 参数的小括号里面只有一个参数，那么小括号可以省略
3. 如果方法体当中只有一句代码，那么大括号可以省略
4. 如果方法体中只有一条语句，且是return语句，那么大括号可以省略，且去掉return关键字

java 复制代码

 public static void main2(String[] args) {
        NoParameterReturn noParameterReturn = () -> 10;
        System.out.println(noParameterReturn.test());
        OneParameterReturn oneParameterReturn = a-> a;
        System.out.println(oneParameterReturn.test(10));
        MoreParameterReturn moreParameterReturn = (a,b) -> a+b;
        System.out.println(moreParameterReturn.test(10,20));
    }
    public static void main1(String[] args) {
        NoParameterNoReturn noParameterNoReturn = new NoParameterNoReturn(){
            @Override
            public void test(){
                System.out.println("测试");
            }
        };
        noParameterNoReturn.test();
        NoParameterNoReturn noParameterNoReturn1 = ()->System.out.println("测试2");
        noParameterNoReturn1.test();
        OneParameterNoReturn oneParameterNoReturn = a-> System.out.println(a);
        oneParameterNoReturn.test(10);
        MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = (a,b) -> System.out.println(a+b);
        moreParameterNoReturn.test(1,2);
    }

java 复制代码

public static void main3(String[] args) {
        PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>(new Comparator<Integer>() {
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                return o1.compareTo(o2);
            }
        });

        PriorityQueue<Integer> priorityQueue1 =
                new PriorityQueue<>((o1,o2)->o1.compareTo(o2));

    }

变量捕获

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
        int count = 10;
        MoreParameterNoReturn moreParameterNoReturn = (int a,int b) -> {
            System.out.println(count);
            System.out.println(a+b);
        };

        //count = 99;
    }

在上述代码当中的变量count就是，捕获的变量。这个变量要么是被final修饰，如果不是被final修饰的你要保证在使用之前，没有修改。

Lambda在集合当中的使用

Collection接口

forEach() 方法演示

该方法在接口 Iterable 当中，原型如下：

java 复制代码

default void forEach(Consumer<? super T> action) {
Objects.requireNonNull(action);
for (T t : this) {
action.accept(t);
}
}

该方法表示：对容器中的每个元素执行action指定的动作。

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add("bit");
list.add("hello");
list.add("lambda");
list.forEach(new Consumer<String>(){
@Override
public void accept(String str){
//简单遍历集合中的元素。
System.out.print(str+" ");
}
});
}

输出结果：Hello bit hello lambda

我们可以修改为如下代码：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("bit");
        list.add("hello");
        list.add("lambda");
        list.forEach(str -> System.out.println(str+" "));

    }

List接口

sort()方法的演示

sort方法源码：该方法根据c指定的比较规则对容器元素进行排序。

java 复制代码

public void sort(Comparator<? super E> c) {
final int expectedModCount = modCount;
Arrays.sort((E[]) elementData, 0, size, c);
if (modCount != expectedModCount) {
throw new ConcurrentModificationException();
}
modCount++;
}

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add("bit");
list.add("hello");
list.add("lambda");
list.sort(new Comparator<String>() {
@Override
public int compare(String str1, String str2){
//注意这里比较长度
return str1.length()-str2.length();
}
});
System.out.println(list);
}

修改之后：

java 复制代码

public static void main6(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
        list.add("bit");
        list.add("hello");
        list.add("lambda");
        list.sort(
                (str1,str2)-> str1.length() - str2.length()
        );
        System.out.println(list);
    }

Map接口

HashMap 的 forEach()

该方法原型如下：

java 复制代码

default void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
Objects.requireNonNull(action);
for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
K k;
V v;
try {
k = entry.getKey();
v = entry.getValue();
} catch(IllegalStateException ise) {
// this usually means the entry is no longer in the map.
throw new ConcurrentModificationException(ise);
}
action.accept(k, v);
}
}

作用是对Map中的每个映射执行action指定的操作。

代码示例：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
map.put(1, "hello");
map.put(2, "bit");
map.put(3, "hello");
map.put(4, "lambda");
map.forEach(new BiConsumer<Integer, String>(){
@Override
public void accept(Integer k, String v){
System.out.println(k + "=" + v);
}
});
}

输出结果：

1=hello 2=bit 3=hello 4=lambda

使用lambda表达式后的代码：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
        HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>();
        map.put(1, "hello");
        map.put(2, "bit");
        map.put(3, "hello");
        map.put(4, "lambda");
        map.forEach((k,v)-> System.out.println(k + "=" + v));
    }

总结

Lambda表达式的优点很明显，在代码层次上来说，使代码变得非常的简洁。缺点也很明显，代码不易读。

优点：

代码简洁，开发迅速
方便函数式编程
非常容易进行并行计算
Java 引入 Lambda，改善了集合操作

缺点：

代码可读性变差
在非并行计算中，很多计算未必有传统的 for 性能要高
不容易进行调试