关于一些基础的Java问题的解答（七）
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31. 反射的作用与原理
简单的来说，反射机制其实就是指程序在运行的时候能够获取自身的信息。如果知道一个类的名称或者它的一个实例对象， 就能把这个类的所有方法和变量的信息(方法名，变量名，方法，修饰符，类型，方法参数等等所有信息)找出来。如果明确知道这个类里的某个方法名+参数个数 类型，还能通过传递参数来运行那个类里的那个方法，这就是反射。
在Java中，Class类与java.lang.reflect类库一起对反射的概念提供了支持，该类库包含了Field、Method以及Constructor类（每个类都实现了Member接口）。我们知道对RTTI（运行时类型识别）来说，编译器在编译时打开和检查.class文件。而对于反射机制来说，.class文件在编译时是不可获取的，所以是在运行时打开和检查.class文件的。
说了这么多，反射究竟有什么用呢？我们来看一下以下的例子：
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
class A {
private int varA;
public void myPublicA() {
System.out.println("I am public in A !");
};
private void myPrivateA() {
System.out.println("I am private in A !");
};
}
class B extends A {
public int varB;
public void myPublicB(){};
}
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
B b = new B();
// 子类方法
Method methods[] = b.getClass().getMethods();
for (Method method : methods)
System.out.println(method);
System.out.println("");
// 子类变量
Field fields[] = b.getClass().getFields();
for (Field field : fields)
System.out.println(field);
// 基类
System.out.println("\n" + b.getClass().getSuperclass() + "\n");
// 基类private方法也不能避免
Class superClass = b.getClass().getSuperclass();
methods = superClass.getDeclaredMethods();
for (Method method : methods) {
System.out.println(method);
method.setAccessible(true);
// 实例化A来调用private方法！
method.invoke(superClass.newInstance(), null);
}
}
}
在上面的例子中，我们用一个子类B，通过反射找到了他的数据域、与方法，还找到了他的基类A。更甚者，我们实例化了基类A，还调用了A里面的所有方法，甚至是private方法。从以上的例子相信大家都感受到了反射的威力了，运用使用class对象和反射提供的方法我们可以轻易的获取一个类的所有信息，包括被封装隐藏起来的信息，不仅如此我们还可以调用获取的信息来构造实例和调用方法。以上的展示只是反射的冰山一角，反射在动态代理和调用隐藏API等黑科技方面还发挥着重要的作用，博主在此不做深入探讨。
32. 泛型常用特点，List<String>能否转为List<Object>
泛型是Java SE5引入的一种新特性，泛型实现了
参数化类型的概念，使得我们的代码可以应用于更多类型，更多场景。在以往的J2SE中，没有泛型的情况下，通常是使用Object类型来进行多种类型数据的操作。这个时候操作最多的就是针对该Object进行数据的强制转换，而这种转换是基于开发者对该数据类型明确的情况下进行的（例如将Object型转换为String型）。如果类型不一致，编译器在编译过程中不会报错，但在运行时会出错。相比之下，使用泛型的好处在于，它在编译的时候进行类型安全检查，并且在运行时所有的转换都是强制的，隐式的，大大提高了代码的重用率。
先来回答List<String>能否转为List<Object>的问题，答案是不行的，因为String的list不是Object的list，String的list持有String类和其子类型，Object的list持有任何类型的Object，String的list在类型上不等价于Object的list。但List<String>可以转为List<? extends Object>，Java代码如下：
List<String> listString = new ArrayList<>();
// error : Type mismatch: cannot convert from List<String> to List<Object>
List<Object> listObject = listString;
// it's ok !
List<? extends Object> listExtendsObject = listString;
// error : The method add(capture#1-of ? extends Object) in the type List<capture#1-of ? extends Object> is not applicable for the
// arguments (String)
listExtendsObject.add("string");
// it's ok !
listExtendsObject.add(null);
// it's ok !
Object object = listExtendsObject.get(0);
接下来讲讲泛型常用的特点，利用泛型我们可以实现以下内容：
1.带参数类型的类，泛型类
类的参数类型写在类名的后面，多个参数类型用逗号分隔，定义完类型参数后，我们可以在定义位置之后的类的几乎任意地方（静态块，静态属性，静态方法除外）使用类型参数：
class A<T,S> {
}
2.带参数类型的方法，泛型方法
除了可以定义泛型类，我们还可以把泛型应用于方法之上，要定义泛型方法只需把泛型参数列表置于返回值之前：
public <T> void f(T x) {
}
使用泛型方法时通常不必指明参数类型，编译器会为我们找出具体类型，这称为类型参数推断。
3.关键字
泛型还有两个重要的关键字extends和super，这两个关键字用于限制泛型的范围。extends把类型参数限制为某个类的子类：
class A {}
class B extends A {}
class C {};
//代表了T为A或A的子类
class D <T extends A> {};
public class Main {
public static void main(String[] args) {
D<A> a;
D<B> b;
// no work!
D<C> c;
}
}super与extends相反，把类型参数限制为某个类的父类。（此处博主研究不够深入，故对super关键字不够了解，在此不深入讨论）
4.擦除
Java的泛型不是完美的泛型，Java的泛型为了考虑兼容性的问题，使用了擦除来实现。看一下下面的例子：
import java.util.Arrays;
class A {}
class B extends A {}
class C extends B {};
class D <T> {
T t;
D(T t) {
this.t = t;
}
public void f() {
System.out.println(Arrays.toString(this.getClass().getTypeParameters()));
}
};
public class Main {
public static void main(String[] args) {
D<A> a = new D<A>(new A());
D<B> b = new D<B>(new B());
D<C> c = new D<C>(new C());
a.f();
b.f();
c.f();
}
}D中的f方法通过获取D的Class类来获取其类型信息，其打印的结果如下：
class A {
public void fa() {};
}
class C <T> { // 擦除到Object
T t;
public void f(Object a) {
if (a instanceof T) {} // error，不知道具体的类型信息
T var = new T(); // error，不知道该类型是否有默认构造函数
T[] array = new T[1]; // error
t.fa(); // error
}
};
class D <T extends A> { // 擦除到A
T t;
public void f(Object a) {
t.fa(); // this works
}
};
33. 解析XML的几种方式的原理与特点：DOM、SAX、PULL
1.DOM
DOM解析方法首先把xml文件读取到内存中，保存为节点树的形式，然后我们使用其API来读取树上的节点的信息。由于DOM解析xml文件时需要将其载入到内存，故xml文件较大时或内存较小的设备不适用该方法。
使用DOM解析xml主要步骤如下：
- 使用DocumentBuilderFactory.newInstance方法获取DOM工厂实例
- 使用工厂的newDocumentBuilder方法获取builder
- 使用builder的parse方法解析xml获取生成的Document对象
- 使用Document的getDocumentElement方法获取根节点
- 调用根节点的getChildNodes方法遍历子节点
2.SAX
与DOM不同，SAX全称为Simple API for XML ，是基于事件驱动的解析手段。对于SAX而言分析xml能够立即开始，而不用等待所有的数据被处理。而且，由于SAX只是在读取数据时检查数据，因此不需要将数据存储在内存中。一般来说SAX解析比DOM解析快许多，但由于SAX解析xml文件是一次性处理，因此相对DOM而言没有那么灵活方便。
使用SAX解析主要步骤如下：
使用SAX解析主要步骤如下：
- 调用SAXParserFactory.newInstance获取SAX工厂实例
- 调用工厂的newSAXParser方法获取解析器
- 调用解析器的getXMLReader获取事件源reader
- 调用setContentHandler方法为事件源reader设置处理器
- 调用parse方法开始解析数据
3.PULL
与SAX类似，Pull也是一种基于事件驱动的xml解析器。与SAX不同在于Pull让我们手动控制解析进度，通过返回eventType来让我们自行处理xml的节点，而不是调用回调函数，eventType有如下几种：
- 读取到xml的声明返回 START_DOCUMENT
- 读取到xml的结束返回 END_DOCUMENT
- 读取到xml的开始标签返回 START_TAG
- 读取到xml的结束标签返回 END_TAG
- 读取到xml的文本返回 TEXT
使用Pull解析的主要步骤如下：
- 使用XmlPullParserFactory.newInstance方法获取Pull工厂
- 调用工厂newPullParser方法返回解析器
- 使用解析器setInput方法设置解析文件
- 调用next方法解析下一行，调用getEventType方法获取当前的解析情况
3中解析方法的代码如下：
DOM与SAX：
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 桌面的xml文件,文件内容如下
// <all name="testData">
// <item first="1" second="A" third="一"/>
// <item first="2" second="B" third="二"/>
// <item first="3" second="C" third="三"/>
// <item first="4" second="D" third="四"/>
// <item first="5" second="E" third="五"/>
// </all>
File file = new File("C:/Users/Administrator/Desktop/test.xml");
// 文件流
FileInputStream fis = new FileInputStream(file);
{
// DOM解析xml
System.out.println("DOM:");
// 获取DOM工厂实例
DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
// 生成builder
DocumentBuilder builder = factory.newDocumentBuilder();
// 解析文件
Document document = builder.parse(file);
// 获取根节点
Element element = document.getDocumentElement();
System.out.println(element.getTagName() + " " + element.getAttribute("name"));
// 获取子节点列表
NodeList nodeList = element.getChildNodes();
for (int i = 0; i < nodeList.getLength(); i++) {
Node node = nodeList.item(i);
// 节点类型为元素节点
if (node.getNodeType() == Node.ELEMENT_NODE) {
Element child = (Element) node;
// 输出标签名和元素内容
System.out.println(child.getTagName() + " " + child.getAttribute("first") + " "
+ child.getAttribute("second") + " " + child.getAttribute("third"));
}
}
}
System.out.println(""); // empty line
{
// SAX解析xml
System.out.println("SAX:");
// 获取SAX工厂实例
SAXParserFactory factory = SAXParserFactory.newInstance();
// 获取SAX解析器
SAXParser parser = factory.newSAXParser();
// 获取reader
XMLReader reader = parser.getXMLReader();
// 设置解析源和处理器
reader.setContentHandler(new MySAXHandler()); // 在parse之前设置
reader.parse(new InputSource(fis));
}
}
// 自定义SAX处理器
static class MySAXHandler extends DefaultHandler {
@Override
public void startDocument() throws SAXException {
// 解析文档开始时调用
super.startDocument();
}
@Override
public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes)
throws SAXException {
// 解析元素开始时调用
// 打印元素名
System.out.print(qName);
// 打印元素属性
for (int i = 0; i < attributes.getLength(); i++)
System.out.print(" " + attributes.getValue(i));
System.out.println("");
super.startElement(uri, localName, qName, attributes);
}
@Override
public void endElement(String uri, String localName, String qName) throws SAXException {
// 解析元素结束时调用
super.endElement(uri, localName, qName);
}
@Override
public void endDocument() throws SAXException {
// 解析文档结束时调用
super.endDocument();
}
}
XmlPullParserFactory factory = XmlPullParserFactory
.newInstance();
XmlPullParser xmlPullParser = factory.newPullParser();
// use gb2312 encode
ByteArrayInputStream is = new ByteArrayInputStream(
response.getBytes("GB2312"));
xmlPullParser.setInput(is, "GB2312");
int eventType = xmlPullParser.getEventType();
String provinceName = "";
String provinceCode = "";
while (eventType != XmlPullParser.END_DOCUMENT) {
String nodeName = xmlPullParser.getName();
switch (eventType) {
// start parse node
case XmlPullParser.START_TAG:
if ("city".equals(nodeName)) {
provinceName = xmlPullParser.getAttributeValue("",
"quName");
provinceCode = xmlPullParser.getAttributeValue("",
"pyName");
Province province = new Province();
province.setProvinceName(provinceName);
province.setProvinceCode(provinceCode);
coolWeatherDB.saveProvince(province);
}
break;
default:
break;
}
eventType = xmlPullParser.next();
本人对三种解析方法的总结如下：
- 需要解析小的xml文件，需要重复解析xml文件或需要对xml文件中的节点进行删除修改排序等操作：使用DOM
- 需要解析较大的xml文件，只需要解析一次的xml文件：使用SAX或Pull
- 只需要手动解析部分的xml文件：使用Pull
34. Java与C++对比
Java是由C++发展而来的，保留了C++的大部分内容，其编程方式类似于C++，但是摒弃了C++的诸多不合理之处，Java是纯面向对象的编程语言。Java和C++的区别主要如下：
1.都是类与对象
在Java中，一切的组件都是类与对象，没有单独的函数、方法与全局变量。C++中由于可以使用C代码，故C++中类对象与单独的函数方法共存。
2.多重继承
在C++中类可以多重继承，但这有可能会引起菱形问题。而在Java中类不允许多重继承，一个类只能继承一个基类，但可以实现多个接口，避免了菱形问题的产生。
3.操作符重载
C++允许重载操作符，而Java不允许。
4.数据类型大小
在C++中，不同的平台上，编译器对基本数据类型分别分配不同的字节数，导致了代码数据的不可移植性。在Java中，采用基于IEEE标准的数据类型，无论任何硬件平台上对数据类型的位数分配总是固定的。（然而boolean基本类型要看JVM的实现）
5.内存管理
C++需要程序员显式地声明和释放内存。Java中有垃圾回收器，会在程序内存不足或空闲之时在后台自行回收不再使用的内存，不需要程序员管理。
6.指针
指针是C++中最灵活也最容易出错的数据类型。Java中为了简单安全去掉了指针类型。
7.类型转换
C++中，会出现数据类型的隐含转换,涉及到自动强制类型转换。Java中系统要对对象的处理进行严格的相容性检查，防止不安全的转换。如果需要，必须由程序显式进行强制类型转换。（如int类型不能直接转换为boolean类型）
8.方法绑定
C++默认的方法绑定为静态绑定，如果要使用动态绑定实现多态需要用到关键字virtual。Java默认的方法绑定为动态绑定，只有final方法和static方法为静态绑定。
目前博主就想到这么多，还有的以后再补充。
35. Java1.5、1.7与1.8新特性
JDK1.5：
- 自动装箱与拆箱：基本类型与包装类型自动互换
- 枚举类型的引入
- 静态导入：import static，可直接使用静态变量与方法
- 可变参数类型
- 泛型
- for-each循环
JDK1.7：
- switch允许传入字符串
- 泛型实例化类型自动推断：List<String> tempList = new ArrayList<>()
- 对集合的支持，创建List / Set / Map 时写法更简单了，如：List< String> list = ["item"]，String item = list[0]，Set< String > set = {"item"}等
- 允许在数字中使用下划线
- 二进制符号加入，可用作二进制字符前加上 0b 来创建一个二进制类型：int binary = 0b1001_1001
- 一个catch里捕捉多个异常类型，‘|’分隔
JDK1.8：
- 允许为接口添加默认方法，又称为拓展方法，使用关键字default实现
- Lambda 表达式
- Date API
- 多重注解
36. JNI的使用
先简单介绍一下JNI，JNI即Java Native Interface的缩写，中文译为“Java本地调用”。通俗的说，JNI是一种实现Java层与Native层（C/C++）交互的技术。有时为了追求效率问题，或者是使用用native代码编写的函数库，我们就不得不使用JNI接口。
以下是一个JNI的小例子：
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 动态库名字，windows平台自动拓展成makeStr_jni.dll
System.loadLibrary("makeStr_jni");
// 打印字符串
printString("Java World!");
}
// native关键字表示为本地方法
public static native void printString(String str);
}我们在Java中使用JNI接口只需要两步：
- 使用native关键字声明某方法为本地方法
- 使用System.loadLibrary加载由C/C++编写成的动态链接库（我们只需要写出库名字即可，Java会根据平台补充库的全名windows：dll，linux：so）
接下啦我们来看看如何编写Native层的cpp文件（以下注册Native函数方法为静态注册，动态注册本文不提及）：
为了让Java层中的函数与Native层中的函数一一对应，JNI规定了一套复杂的命名体系。在此本文就不深入介绍该命名方法了，我们使用JDK提供的javah工具生成对应的.h头文件：
首先我们把写好的Java代码编译成.class文件：
然后我们使用javah工具生成对应的.h头文件（-o后面第一个参数为.h的文件名，第二个参数为.class的文件名）：
然后我们就能看到生成的.h文件了：
以下是.h文件中的代码：
/* DO NOT EDIT THIS FILE - it is machine generated */
#include "jni.h"
/* Header for class Main */
#ifndef _Included_Main
#define _Included_Main
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* Class: Main 方法所在的类
* Method: printString 方法名
* Signature: (Ljava/lang/String;)V 签名
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_Main_printString
(JNIEnv *, jclass, jstring);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
可以看到我们在Java层定义的printString方法对应成了Native层的Java_Main_printString方法，方法上面有javah给我们生成的注释，它提供了以下信息：
- Class：方法所属于的类
- Method：方法的名称
- Signature：方法的签名。签名是由于Java中的方法允许重载，仅仅通过类与名称并不能确定该Native方法所对应的Java方法，因此JNI技术中就将参数类型和返回值的组合作为了一个函数的签名信息，有了签名和函数名我们才能顺利找到Javac层中对应的函数
接下来我们只要写一个.cpp文件实现该方法即可：
#include<iostream>
#include"_Main.h"
using namespace std;
/*
* JNIEnv ： env JNI环境，一个提供JNI系统函数的结构体
* jclass ： clazz 代表Java层的Class对象，由于printString方法是一个静态方法，故传入Class对象
* jstring ： s 代表Java层的String对象，表示传入的参数
*/
JNIEXPORT void JNICALL Java_Main_printString
(JNIEnv * env, jclass clazz, jstring s) {
jboolean iscopy;
// 通过jstring对象生成本地字符串
const char *charData = env->GetStringUTFChars(s, &iscopy);
// 打印字符串
cout << "A message from Native World: " << charData << endl;
// 释放资源
env->ReleaseStringUTFChars(s, charData);
}
以上代码相信注释已解释的非常清楚，故此处不再赘述。值得一提的是在Native层中有多种与Java层中相对应的数据结构，如：jclass代表Class对象，jstring代表String对象，jboolean代表boolean基本类型等。有兴趣的童鞋可以自行去了解下。
写完该.cpp文件后，我们编译工程生成dll文件（Windows平台），并把文件加入我们Java工程的引用库中：
然后运行我们的Java代码，我们就可以看到使用JNI技术后来自Native层的问候：
