难度中等 想要搞懂框架底层原理 此章节是重点

Java 高级技术（反射、注解、动态代理）是框架设计的核心基石，通过 “运行时解析类结构、标记代码语义、增强对象行为”，实现通用化、灵活化的编程模式，广泛应用于 Spring、MyBatis 等主流框架。单元测试则是保障代码正确性的关键手段，提升开发效率与代码可靠性。

一、单元测试（JUnit）—— 代码正确性的保障

1. 单元测试的核心价值与场景

（1）为什么需要单元测试？

  • 传统 main 方法测试的痛点：

    • 无法自动化：需手动调用方法，无法批量执行。

    • 结果不直观：需手动观察输出，无明确成功 / 失败标识。

    • 依赖严重：一个方法失败会阻塞后续测试。

  • 单元测试的核心场景：

    • 开发阶段：快速验证单个方法的逻辑正确性（如工具类、业务方法）。

    • 重构阶段：确保重构后代码功能不变（回归测试）。

    • 协作开发：避免他人修改代码导致功能异常（集成测试前置）。

（2）JUnit 框架的优势

  • 自动化执行：支持单个 / 全部测试方法一键运行，无需手动调用。

  • 结果可视化：绿色标识成功、红色标识失败，生成详细测试报告。

  • 独立性：测试方法相互隔离，一个方法失败不影响其他方法。

  • 注解驱动：通过 @Test 标记测试方法，简化配置。

2. JUnit 核心用法与原理

（1）基础使用步骤

  1. 环境准备：IDEA 已集成 JUnit（需确保依赖导入，Maven 项目需添加 JUnit 依赖）。

  2. 编写测试类：

    • 测试类命名规范：被测试类名+Test（如 UserServiceTest）。

    • 测试方法规范：public void 方法名()，无参无返回值，用 @Test 注解标记。

  3. 执行测试：

    • 单个方法：右键测试方法 → Run "方法名"。

    • 全部方法：右键测试类 → Run "测试类名"。

  4. 断言验证：使用 Assert 类（JUnit 4）或 Assertions 类（JUnit 5）验证结果，替代手动观察。

（2）核心注解与断言
注解 作用 适用场景
@Test 标记测试方法 需执行的测试逻辑
@Before 每个测试方法执行前执行（JUnit 4） 初始化资源（如创建数据库连接）
@After 每个测试方法执行后执行（JUnit 4） 释放资源（如关闭数据库连接）
@BeforeClass 测试类加载时执行一次（静态方法） 初始化全局资源（如加载配置文件）
@AfterClass 测试类销毁时执行一次（静态方法） 释放全局资源（如关闭线程池）

  • 断言示例（JUnit 5）：

    java

    运行

    import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;
​
@Test
public void testLogin() {
    UserService userService = new UserService();
    boolean result = userService.login("admin", "123456");
    assertTrue(result, "登录失败，用户名或密码错误"); // 断言结果为true，否则抛异常
    assertEquals("admin", userService.getCurrentUser().getName()); // 断言用户名一致
}

（3）原理简析

  • JUnit 本质是通过反射机制解析测试类中的

    @Test

    注解方法，依次实例化测试类（非单例），执行方法并捕获异常：

    • 无异常 → 测试成功（绿色）。

    • 抛出 AssertionError → 断言失败（红色）。

    • 抛出其他异常 → 测试异常（红色）。

3. 实战案例：业务方法单元测试

java

// 被测试的业务类
public class UserService {
    public boolean login(String username, String password) {
        return "admin".equals(username) && "123456".equals(password);
    }
​
    public int calculateAge(int birthYear) {
        if (birthYear < 1900 || birthYear > 2024) {
            throw new IllegalArgumentException("出生年份非法");
        }
        return 2024 - birthYear;
    }
}
​
// 测试类
import org.junit.jupiter.api.AfterEach;
import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;
​
public class UserServiceTest {
    private UserService userService;
​
    // 每个测试方法执行前初始化
    @BeforeEach
    void setUp() {
        userService = new UserService();
    }
​
    // 每个测试方法执行后清理
    @AfterEach
    void tearDown() {
        userService = null;
    }
​
    @Test
    void login_success() {
        boolean result = userService.login("admin", "123456");
        assertTrue(result);
    }
​
    @Test
    void login_fail_with_wrong_password() {
        boolean result = userService.login("admin", "111111");
        assertFalse(result);
    }
​
    @Test
    void calculateAge_valid() {
        int age = userService.calculateAge(2000);
        assertEquals(24, age);
    }
​
    @Test
    void calculateAge_invalid_throw_exception() {
        IllegalArgumentException exception = assertThrows(
            IllegalArgumentException.class,
            () -> userService.calculateAge(1899),
            "应抛出非法参数异常"
        );
        assertEquals("出生年份非法", exception.getMessage());
    }
}

实际上up都是抛给ai 让ai写✍️ 自己再改点就能跑了

二、反射（Reflection）—— 运行时解析类结构的利器

1. 反射的核心本质与场景

（1）反射是什么？

反射是 Java 提供的运行时解析类结构的机制，允许程序在运行时：

  • 加载类并获取其 Class 对象（类的 “元数据”）。

  • 解剖类的成分（构造器、成员变量、方法）。

  • 动态调用方法、修改成员变量（即使是私有成分）。

（2）核心应用场景

  • 框架开发：MyBatis 解析 Mapper 接口、Spring 实例化 Bean、JUnit 解析 @Test 注解。

  • 通用工具类：如对象序列化（JSON 转换）、对象拷贝（BeanUtils）、数据库 ORM 映射。

  • 绕过限制：突破封装（访问私有方法 / 变量）、绕过泛型约束（向 List<String> 中添加 Integer）。

2. 反射的底层原理

（1）Class 对象的本质

  • 每个类在 JVM 中仅对应一个

    Class

    对象，是类加载的产物：

    • 类加载流程：加载（读取 .class 字节码）→ 验证 → 准备 → 解析 → 初始化。

    • Class 对象在 “加载阶段” 生成，存储类的完整结构信息（类名、父类、接口、成员等）。

  • 所有对象（Object 子类）的 getClass() 方法，本质是返回该对象所属类的 Class 对象。

（2）获取 Class 对象的三种方式（原理差异）
方式 原理 适用场景
类名.class 编译期静态获取，无需实例化对象 已知类名，编译时确定类
对象.getClass() 运行时通过对象获取，需先实例化 已知对象，动态获取其类结构
Class.forName("全类名") 运行时通过类名加载类并获取，无需实例化 类名未知（如配置文件中配置的类名）

  • 示例：

    java

    // 1. 类名.class（静态编译）
Class<Student> clazz1 = Student.class;
​
// 2. 对象.getClass()（运行时获取）
Student student = new Student();
Class<? extends Student> clazz2 = student.getClass();
​
// 3. Class.forName（动态加载，需处理ClassNotFoundException）
Class<?> clazz3 = Class.forName("com.itheima.Student");

3. 反射操作类成分的详细步骤

（1）操作构造器（实例化对象）

  • 核心 API（Class 类方法）：

    方法 作用 访问权限
    getConstructors() 获取所有 public 构造器 仅 public
    getDeclaredConstructors() 获取所有构造器（含 private） 无限制（需暴力反射）
    getConstructor(Class...) 获取指定参数的 public 构造器 仅 public
    getDeclaredConstructor(Class...) 获取指定参数的任意构造器 无限制（需暴力反射）

  • 核心操作：通过 Constructor.newInstance(Object...) 实例化对象。

  • 暴力反射：setAccessible(true) 关闭访问权限检查（突破 private 限制）。

  • 案例：实例化私有构造器的对象

    java

    class Student {
    private String name;
    private int age;
​
    // 私有构造器
    private Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}
​
public class ReflectConstructorDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 获取Class对象
        Class<Student> clazz = Student.class;
​
        // 2. 获取私有构造器（参数：String.class, int.class）
        Constructor<Student> constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
​
        // 3. 暴力反射：关闭访问检查
        constructor.setAccessible(true);
​
        // 4. 实例化对象
        Student student = constructor.newInstance("张三", 20);
        System.out.println(student.getName()); // 输出“张三”（需getter方法）
    }
}

（2）操作成员变量（赋值 / 取值）

  • 核心 API（Class 类方法）：

    方法 作用 访问权限
    getFields() 获取所有 public 成员变量 仅 public
    getDeclaredFields() 获取所有成员变量（含 private） 无限制（需暴力反射）
    getField(String name) 获取指定名称的 public 成员变量 仅 public
    getDeclaredField(String name) 获取指定名称的任意成员变量 无限制（需暴力反射）

  • 核心操作：

    • 赋值：Field.set(Object obj, Object value)（obj 为实例对象，静态变量传 null）。

    • 取值：Field.get(Object obj)。

  • 案例：修改私有成员变量

    java

    public class ReflectFieldDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<Student> clazz = Student.class;
        Student student = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class).newInstance("张三", 20);
​
        // 1. 获取私有成员变量name
        Field nameField = clazz.getDeclaredField("name");
        nameField.setAccessible(true);
​
        // 2. 取值
        String oldName = (String) nameField.get(student);
        System.out.println("旧姓名：" + oldName); // 张三
​
        // 3. 赋值
        nameField.set(student, "李四");
        System.out.println("新姓名：" + student.getName()); // 李四
​
        // 操作静态成员变量（obj传null）
        Field schoolField = clazz.getDeclaredField("school"); // 假设school是private static String
        schoolField.setAccessible(true);
        schoolField.set(null, "黑马程序员");
        System.out.println(Student.getSchool()); // 黑马程序员
    }
}

（3）操作成员方法（调用方法）

  • 核心 API（Class 类方法）：

    方法 作用 访问权限
    getMethods() 获取所有 public 方法（含父类继承的） 仅 public
    getDeclaredMethods() 获取所有方法（含 private，不含父类） 无限制（需暴力反射）
    getMethod(String name, Class...) 获取指定名称和参数的 public 方法 仅 public
    getDeclaredMethod(String name, Class...) 获取指定名称和参数的任意方法 无限制（需暴力反射）

  • 核心操作：Method.invoke(Object obj, Object...)（obj 为实例对象，静态方法传 null）。

  • 案例：调用私有方法

    java

    class Student {
    private void study(String subject) {
        System.out.println("正在学习：" + subject);
    }
​
    private static void sayHello() {
        System.out.println("Hello, 反射！");
    }
}
​
public class ReflectMethodDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Class<Student> clazz = Student.class;
        Student student = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class).newInstance("张三", 20);
​
        // 1. 调用私有实例方法study
        Method studyMethod = clazz.getDeclaredMethod("study", String.class);
        studyMethod.setAccessible(true);
        studyMethod.invoke(student, "Java反射"); // 输出“正在学习：Java反射”
​
        // 2. 调用私有静态方法sayHello
        Method helloMethod = clazz.getDeclaredMethod("sayHello");
        helloMethod.setAccessible(true);
        helloMethod.invoke(null); // 输出“Hello, 反射！”
    }
}

4. 反射的核心作用与风险

（1）核心作用

  • 动态性：运行时解析类结构，适配未知类（如框架解析配置文件中的类）。

  • 通用性：编写通用工具类（如 BeanUtils 拷贝任意对象属性）。

  • 突破限制：访问私有成分、绕过泛型约束（如下例）。

  • 绕过泛型约束案例：

    java

    public class ReflectGenericDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Java");
​
        // 绕过泛型约束，向List<String>中添加Integer
        Class<? extends List> clazz = list.getClass();
        Method addMethod = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class);
        addMethod.invoke(list, 100); // 无编译错误，运行时成功添加
​
        System.out.println(list); // 输出 [Java, 100]
    }
}

  • 原理：泛型仅在编译期有效，运行时泛型被擦除为 Object，反射直接调用底层方法，不受编译期约束。

（2）风险与注意事项

  • 破坏封装：访问私有成分可能导致代码逻辑混乱（如修改私有变量值导致对象状态异常）。

  • 性能损耗：反射需动态解析类结构，比直接调用慢 10~100 倍（框架中通过缓存 Class 对象优化）。

  • 安全性：暴力反射可能被恶意利用（如破解单例模式的私有构造器）。

5. 反射的框架应用案例：简易对象序列化工具

需求：将任意对象的属性名和值写入文件（模拟 JSON 序列化的核心逻辑）。

java

import java.io.FileWriter;
import java.lang.reflect.Field;
​
public class ObjectSerializer {
    // 序列化对象到文件
    public static void serialize(Object obj, String filePath) throws Exception {
        if (obj == null) throw new IllegalArgumentException("对象不能为空");
​
        Class<?> clazz = obj.getClass();
        FileWriter writer = new FileWriter(filePath);
        writer.write("=" + clazz.getSimpleName() + "=\n");
​
        // 遍历所有成员变量（含private）
        Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
        for (Field field : fields) {
            field.setAccessible(true); // 暴力反射
            String fieldName = field.getName();
            Object fieldValue = field.get(obj);
            writer.write(fieldName + "=" + fieldValue + "\n");
        }
​
        writer.write("===" + clazz.getSimpleName() + "===\n");
        writer.close();
        System.out.println("序列化成功：" + filePath);
    }
​
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Student student = new Student("张三", 20);
        serialize(student, "student.txt");
        // 输出文件内容：
        // =Student=
        // name=张三
        // age=20
        // ===Student===
    }
}

小💡：这部分api了解一下就可以 后面学源码的时候看的多了 自然就会了

三、注解（Annotation）—— 代码的语义标记

1. 注解的核心本质与场景

（1）注解是什么？

注解是 Java 代码的 “特殊标记”（如 @Test、@Override），本质是继承 java.lang.annotation.Annotation 的接口，用于：

  • 标记代码（类、方法、变量等），为其他程序（如框架、编译器）提供语义信息。

  • 存储配置信息（替代 XML 配置），简化开发（如 Spring 的 @Component 替代 XML 中的 ``）。

（2）核心应用场景

  • 编译器检查：@Override 验证方法重写、@Deprecated 标记过时方法。

  • 框架配置：Spring 的 @Autowired（依赖注入）、MyBatis 的 @Select（SQL 映射）。

  • 自定义业务逻辑：如自定义 @Log 注解标记需要记录日志的方法，通过反射解析执行日志逻辑。

2. 注解的底层原理

（1）注解的本质

  • 注解本质是接口，编译后生成的字节码文件中，注解接口会继承 Annotation 接口，属性会被编译为抽象方法。

  • 注解的使用（@MyAnnotation(属性=值)）本质是创建该接口的实现类对象，属性值通过实现类的方法返回。

  • 示例：自定义注解的底层等价

    java

    // 自定义注解
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface MyTest {
    String value() default "test";
}
​
// 底层等价于
public interface MyTest extends Annotation {
    String value() default "test";
}
​
// 使用 @MyTest("demo") 等价于
MyTest myTest = new MyTest() {
    @Override
    public String value() {
        return "demo";
    }
​
    @Override
    public Class<? extends Annotation> annotationType() {
        return MyTest.class;
    }
};

（2）元注解（注解的注解）

元注解用于约束自定义注解的 “使用范围” 和 “存活周期”，核心元注解有 2 个：

  1. @Retention：指定注解的存活周期（必须指定，否则默认 CLASS）：

    • RetentionPolicy.SOURCE：仅存活于源码阶段，编译为 .class 后消失（如 @Override）。

    • RetentionPolicy.CLASS：存活到 .class 阶段，运行时消失（默认值，无特殊需求不使用）。

    • RetentionPolicy.RUNTIME：存活到运行时，可通过反射解析（开发常用，如 @Test、自定义业务注解）。

  2. @Target：指定注解的使用位置（如方法、类、变量）：

    • ElementType.TYPE：类、接口、枚举。

    • ElementType.METHOD：方法。

    • ElementType.FIELD：成员变量。

    • ElementType.PARAMETER：方法参数。

    • ElementType.CONSTRUCTOR：构造器。

3. 自定义注解与解析

（1）自定义注解步骤

  1. 用 @interface 关键字定义注解。

  2. 添加属性（格式：属性类型 属性名() default 默认值;）。

  3. 添加元注解（@Retention、@Target）。

  • 示例：自定义日志注解

    java

    import java.lang.annotation.*;
​
// 元注解：运行时存活，可标记在方法上
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface Log {
    // 注解属性：日志描述，默认值为"执行方法"
    String desc() default "执行方法";
    // 注解属性：是否记录耗时，默认值为false
    boolean recordTime() default false;
}

（2）注解解析步骤

注解解析是通过反射获取 “被注解的元素”（类、方法等），提取注解属性值，核心依赖 AnnotatedElement 接口（Class、Method、Field 等均实现该接口）。

核心 API（AnnotatedElement 接口）：

方法 作用
isAnnotationPresent(Class clazz) 判断是否存在指定注解
getDeclaredAnnotation(Class clazz) 获取指定注解对象
getDeclaredAnnotations() 获取所有注解对象

  • 案例：解析

    @Log

    注解，执行日志逻辑

    java

    import java.lang.reflect.Method;
import java.time.LocalDateTime;
​
// 被注解的业务类
public class UserService {
    @Log(desc = "用户登录", recordTime = true)
    public boolean login(String username, String password) {
        // 模拟登录逻辑
        try {
            Thread.sleep(100); // 模拟耗时
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return "admin".equals(username) && "123456".equals(password);
    }
​
    @Log(desc = "用户退出")
    public void logout() {
        System.out.println("用户退出成功");
    }
}
​
// 注解解析器
public class LogAnnotationParser {
    public static void parse(Object obj) throws Exception {
        Class<?> clazz = obj.getClass();
        Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
​
        for (Method method : methods) {
            // 1. 判断方法是否有@Log注解
            if (method.isAnnotationPresent(Log.class)) {
                // 2. 获取注解对象
                Log logAnnotation = method.getDeclaredAnnotation(Log.class);
                String desc = logAnnotation.desc();
                boolean recordTime = logAnnotation.recordTime();
​
                // 3. 执行日志逻辑
                System.out.println("[" + LocalDateTime.now() + "] 开始" + desc);
                long start = System.currentTimeMillis();
​
                // 4. 调用目标方法
                method.setAccessible(true);
                Object result = method.invoke(obj, "admin", "123456");
                System.out.println("[" + LocalDateTime.now() + "] " + desc + "结果：" + result);
​
                // 5. 记录耗时
                if (recordTime) {
                    long cost = System.currentTimeMillis() - start;
                    System.out.println("[" + LocalDateTime.now() + "] " + desc + "耗时：" + cost + "ms");
                }
                System.out.println("------------------------");
            }
        }
    }
​
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        UserService userService = new UserService();
        parse(userService);
        // 输出结果：
        // [2024-10-01T15:30:00] 开始用户登录
        // [2024-10-01T15:30:00] 用户登录结果：true
        // [2024-10-01T15:30:00] 用户登录耗时：102ms
        // ------------------------
        // [2024-10-01T15:30:00] 开始用户退出
        // 用户退出成功
        // [2024-10-01T15:30:00] 用户退出结果：null
        // ------------------------
    }
}

4. 注解的框架应用：简易 JUnit 实现

需求：自定义 @MyTest 注解，模拟 JUnit 功能，标记的方法自动执行。

java

import java.lang.reflect.Method;
​
// 1. 自定义@MyTest注解
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface MyTest {
}
​
// 2. 测试类
public class TestDemo {
    @MyTest
    public void test1() {
        System.out.println("执行测试方法1");
    }
​
    public void test2() {
        System.out.println("未标记注解，不执行");
    }
​
    @MyTest
    public void test3() {
        System.out.println("执行测试方法3");
    }
}
​
// 3. 模拟JUnit执行器
public class MyJUnitRunner {
    public static void run(Class<?> testClass) throws Exception {
        Object testObj = testClass.getDeclaredConstructor().newInstance();
        Method[] methods = testClass.getDeclaredMethods();
​
        for (Method method : methods) {
            if (method.isAnnotationPresent(MyTest.class)) {
                method.setAccessible(true);
                try {
                    method.invoke(testObj);
                } catch (Exception e) {
                    System.out.println("测试方法" + method.getName() + "执行失败：" + e.getMessage());
                }
            }
        }
    }
​
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        run(TestDemo.class);
        // 输出：
        // 执行测试方法1
        // 执行测试方法3
    }
}

老💡：可以试试手写简易的SSM框架 提升一下对源码的使用😊

四、动态代理（Dynamic Proxy）—— 增强对象行为的设计模式

1. 动态代理的核心本质与场景

（1）为什么需要代理？

代理模式的核心是 “增强目标对象的行为”，且不修改目标对象的代码，解决以下问题：

  • 通用功能抽离：将日志、事务、权限校验等通用逻辑与业务逻辑分离（如所有方法执行前记录日志）。

  • 解耦：目标对象仅关注核心业务，代理对象负责非核心功能。

（2）核心应用场景

  • AOP（面向切面编程）：Spring AOP 的核心实现（如事务管理、日志记录、异常处理）。

  • 框架封装：MyBatis 的 Mapper 代理（通过动态代理生成 Mapper 接口的实现类）。

  • 性能监控：统计方法执行耗时、接口限流、缓存代理。

2. JDK 动态代理的底层原理

（1）JDK 动态代理的核心特性

  • 基于接口：目标对象必须实现接口，代理对象是接口的实现类（通过 Proxy.newProxyInstance 生成）。

  • 动态生成字节码：JVM 在运行时生成代理类的字节码，无需手动编写代理类。

  • 核心依赖：java.lang.reflect.Proxy 类（生成代理对象）和 java.lang.reflect.InvocationHandler 接口（定义代理逻辑）。

（2）动态代理的执行流程

  1. 目标对象实现接口（如 UserService 实现 IUserService）。

  2. 实现 InvocationHandler 接口，重写 invoke 方法（代理逻辑 + 目标方法调用）。

  3. 通过 Proxy.newProxyInstance 生成代理对象（参数：类加载器、目标接口、InvocationHandler）。

  4. 调用代理对象的方法 → 触发 InvocationHandler.invoke 方法 → 执行代理逻辑 → 调用目标方法。

（3）Proxy.newProxyInstance 参数详解
参数 作用 示例
ClassLoader loader 加载代理类的类加载器（与目标对象一致） target.getClass().getClassLoader()
Class[] interfaces 目标对象实现的所有接口 target.getClass().getInterfaces()
InvocationHandler h 代理逻辑处理器（核心） 自定义的 InvocationHandler 实现类

3. JDK 动态代理实战案例

需求：增强 UserService 类，统计所有方法的执行耗时（模拟 Spring AOP 的性能监控）。

（1）步骤 1：定义目标接口和目标类

java

// 目标接口
public interface IUserService {
    boolean login(String username, String password);
    void logout();
}
​
// 目标类（实现接口）
public class UserService implements IUserService {
    @Override
    public boolean login(String username, String password) {
        try {
            Thread.sleep(100); // 模拟业务耗时
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return "admin".equals(username) && "123456".equals(password);
    }
​
    @Override
    public void logout() {
        System.out.println("用户退出成功");
    }
}
（2）步骤 2：实现 InvocationHandler（代理逻辑）

java

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.time.LocalDateTime;
​
public class TimeInvocationHandler implements InvocationHandler {
    // 目标对象（被代理的对象）
    private final Object target;
​
    public TimeInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }
​
    /**
     * 代理逻辑核心方法
     * @param proxy 代理对象（一般不用）
     * @param method 目标方法
     * @param args 目标方法参数
     * @return 目标方法返回值
     */
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // 1. 前置增强：记录开始时间
        System.out.println("[" + LocalDateTime.now() + "] 方法" + method.getName() + "开始执行");
        long start = System.currentTimeMillis();
​
        // 2. 调用目标方法
        Object result = method.invoke(target, args); // 执行目标对象的方法
​
        // 3. 后置增强：记录结束时间和耗时
        long cost = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("[" + LocalDateTime.now() + "] 方法" + method.getName() + "执行结束，耗时：" + cost + "ms");
        System.out.println("------------------------");
​
        return result;
    }
}
（3）步骤 3：生成代理对象并测试

java

import java.lang.reflect.Proxy;
​
public class ProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建目标对象
        IUserService target = new UserService();
​
        // 2. 创建InvocationHandler
        InvocationHandler handler = new TimeInvocationHandler(target);
​
        // 3. 生成代理对象（参数：类加载器、接口、handler）
        IUserService proxy = (IUserService) Proxy.newProxyInstance(
            target.getClass().getClassLoader(),
            target.getClass().getInterfaces(),
            handler
        );
​
        // 4. 调用代理对象的方法
        boolean loginResult = proxy.login("admin", "123456");
        System.out.println("登录结果：" + loginResult);
​
        proxy.logout();
    }
}
​
// 输出结果：
// [2024-10-01T16:00:00] 方法login开始执行
// [2024-10-01T16:00:00] 方法login执行结束，耗时：101ms
// ------------------------
// 登录结果：true
// [2024-10-01T16:00:00] 方法logout开始执行
// 用户退出成功
// [2024-10-01T16:00:00] 方法logout执行结束，耗时：1ms
// ------------------------

4. 动态代理的扩展：JDK 代理 vs CGLIB 代理

对比维度 JDK 动态代理 CGLIB 代理
依赖 JDK 内置（无需第三方依赖） 第三方库（cglib-nodep.jar）
目标对象要求 必须实现接口 无需实现接口（基于类继承）
底层原理 生成接口实现类字节码 生成目标类的子类字节码
代理限制 无法代理私有方法、final 方法 无法代理 final 类 / 方法
性能 低版本 JDK 中较慢，JDK8+ 性能接近 CGLIB 基于 ASM 字节码操作，性能略高
应用场景 Spring AOP 中默认（目标对象实现接口时） Spring AOP 中目标对象无接口时使用

5. 动态代理的框架应用：Spring AOP 原理简化

Spring AOP 的核心是 “动态代理 + 注解 / XML 配置”，简化流程如下：

  1. 定义切面类（如 LogAspect），包含通知（前置、后置、环绕通知）。

  2. 通过 @Aspect 注解标记切面类，@Before/@After 标记通知方法。

  3. Spring 扫描切面类和目标类，通过 JDK 或 CGLIB 生成代理对象。

  4. 调用目标方法 → 代理对象触发通知逻辑 → 执行目标方法。

五、核心总结与面试高频点

1. 核心技术对比

技术 核心本质 核心应用 底层依赖
反射 运行时解析类结构 框架开发、通用工具类 Class 对象、反射 API（Constructor/Field/Method）
注解 代码语义标记与配置存储 框架配置、编译器检查 注解接口、元注解、反射解析
动态代理 增强对象行为，不修改目标代码 AOP、性能监控、框架封装 Proxy 类、InvocationHandler 接口
单元测试 自动化验证方法正确性 开发测试、重构回归测试 JUnit 框架、反射解析 @Test 注解

2. 面试高频问题

  • 反射为什么能破坏封装？

    因为

    setAccessible(true)

    会关闭 JVM 的访问权限检查，允许访问私有成员，底层是通过跳过字节码中的访问控制校验实现的。

  • 注解的生命周期有哪几种？开发中常用哪种？

    三种：SOURCE、CLASS、RUNTIME；开发中常用 RUNTIME，因为只有该阶段的注解可通过反射解析，适用于框架配置。

  • JDK 动态代理为什么必须基于接口？

    因为 JDK 动态代理生成的代理类会默认继承

    Proxy

    类，而 Java 不支持多继承，因此只能通过实现目标接口的方式生成代理类。

  • 反射、注解、动态代理在 Spring 中的应用？

    • 反射：实例化 Bean、注入属性（@Autowired）。

    • 注解：@Component 标记 Bean、@RequestMapping 映射接口。

    • 动态代理：AOP 事务管理、日志切面、缓存增强。

  • 单元测试中如何验证异常？

    JUnit 5 用

    assertThrows

    方法捕获预期异常，验证异常类型和消息。

5 道 Java 高级技术（反射 + 注解 + 动态代理 + 单元测试）中大厂面试题

面试题 1

请详细说明反射机制的核心作用，并举例说明如何通过反射 “绕过泛型约束”（如向List中添加Integer）。同时分析反射的性能损耗来源，以及在框架开发中（如 Spring）如何优化反射性能？

面试题 2

自定义注解需依赖元注解，请解释@Retention和@Target的核心作用及取值差异。若需开发一个类似 Spring@Component的注解（标记类为 Bean，运行时生效），请写出完整的注解定义、解析逻辑，并说明解析注解时为何必须依赖反射？

面试题 3

JDK 动态代理与 CGLIB 代理的底层实现原理有何差异？请从 “目标对象要求、代理逻辑依赖、性能、局限性” 四个维度对比，并说明 Spring AOP 在何种情况下选择 JDK 代理，何种情况下选择 CGLIB 代理？Spring Boot 2.x 后对代理选择有何调整？

面试题 4

JUnit 单元测试中，@Test注解标记的测试方法为何必须满足 “public、无参、无返回值” 的规范？请说明如何使用 JUnit 5 的断言机制验证 “方法抛出预期异常”（如验证IllegalArgumentException），并解释 “测试方法独立性” 的重要性及如何保证？

面试题 5

请设计一个基于 “反射 + 注解 + 动态代理” 的简易权限校验框架：要求通过@RequiresPermission注解标记需要权限的方法（注解属性为权限名称），代理对象在调用目标方法前校验当前用户是否拥有该权限，无权限则抛出PermissionDeniedException。请写出注解定义、代理逻辑及测试代码，并说明各技术模块的协作流程。

面试题答案

面试题 1 答案

1. 反射机制的核心作用

反射的核心是 “运行时解析类结构并操作成分”，核心作用包括：

  1. 动态解析类成分：加载未知类（如配置文件中指定的类名），获取其构造器、成员变量、方法并操作（如 Spring 实例化 Bean）。

  2. 破坏封装性：访问类的私有成员（如私有构造器、私有方法），典型场景是框架中的单例模式破解、对象序列化。

  3. 绕过编译期约束：突破泛型擦除后的限制、绕过访问权限修饰符（如private）。

  4. 通用工具开发：编写通用化组件（如BeanUtils对象拷贝、JSON 序列化工具），适配任意对象。

2. 反射绕过泛型约束的原理与示例

（1）原理

泛型仅在编译期生效，运行时 JVM 会执行 “泛型擦除”：将List擦除为List，泛型约束仅存在于编译期语法检查，运行时通过反射调用底层方法（如List.add(Object)），可不受编译期约束。

（2）示例代码

java

import java.lang.reflect.Method;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
​
public class ReflectGenericDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 初始化泛型集合List<String>
        List<String> strList = new ArrayList<>();
        strList.add("Java"); // 编译期允许，符合泛型约束
​
        // 2. 反射获取List的add方法（底层add方法参数为Object）
        Class<? extends List> clazz = strList.getClass();
        Method addMethod = clazz.getDeclaredMethod("add", Object.class); // 泛型擦除后参数为Object
​
        // 3. 绕过泛型约束，添加Integer类型
        addMethod.invoke(strList, 100); // 运行时无编译约束，成功添加
​
        // 4. 验证结果
        System.out.println(strList); // 输出 [Java, 100]，泛型约束被绕过
    }
}

3. 反射的性能损耗来源

  1. 动态解析成本：反射需在运行时解析Class对象、查找方法 / 字段（如getDeclaredMethod需遍历方法数组匹配参数类型），而非编译期直接绑定。

  2. 访问权限检查：若操作私有成员，需调用setAccessible(true)关闭 JVM 的访问校验，涉及底层权限检查逻辑。

  3. 方法调用成本：反射调用（Method.invoke）需封装参数数组、处理返回值装箱 / 拆箱，比直接调用多一层中间逻辑（JVM 无法对反射调用做编译优化）。

4. 框架中的反射性能优化方案（以 Spring 为例）

  1. 缓存Class与成员对象

    ：Spring 在启动时缓存

    Bean

    的

    Class

    对象、构造器、方法（如

    BeanDefinition

    中存储解析后的成员信息），避免重复解析。

    java

    运行

    // 伪代码：Spring缓存Method对象
private Map<Class<?>, Map<String, Method>> methodCache = new ConcurrentHashMap<>();
public Method getCachedMethod(Class<?> clazz, String methodName, Class<?>... paramTypes) {
    return methodCache.computeIfAbsent(clazz, k -> new ConcurrentHashMap<>())
                     .computeIfAbsent(methodName + Arrays.toString(paramTypes), k -> {
                         try {
                             return clazz.getDeclaredMethod(methodName, paramTypes);
                         } catch (NoSuchMethodException e) {
                             throw new RuntimeException(e);
                         }
                     });
}

  2. 关闭访问权限检查：通过setAccessible(true)跳过 JVM 的访问校验，减少权限检查开销（框架中默认对私有成员执行此操作）。

  3. 使用高效反射 API：JDK7 + 提供MethodHandle，性能接近直接调用（底层绕过部分反射校验逻辑），Spring 在核心组件中逐步替换Method.invoke为MethodHandle。

  4. 字节码生成优化：Spring 通过 CGLIB 动态生成代理类时，直接在字节码中硬编码成员访问逻辑，避免反射调用（如Bean的属性注入）。

面试题 2 答案

1. 元注解@Retention与@Target的核心作用

（1）@Retention：控制注解的 “存活周期”

  • 核心作用：定义注解在 JVM 中的有效范围，决定注解是否能被反射解析。

  • 取值差异：

    • RetentionPolicy.SOURCE：仅存活于源码阶段，编译为.class后删除（如@Override，仅用于编译器检查）。

    • RetentionPolicy.CLASS：存活到.class文件，但运行时 JVM 不加载，无法通过反射获取（默认值，无特殊场景不使用）。

    • RetentionPolicy.RUNTIME：存活到运行时，可通过反射解析（开发常用，如框架配置注解@Component、@Test）。

（2）@Target：控制注解的 “使用位置”

  • 核心作用：限制注解可标记的 Java 元素（如类、方法、变量），避免滥用。

  • 常用取值：

    • ElementType.TYPE：可标记类、接口、枚举。

    • ElementType.METHOD：可标记成员方法。

    • ElementType.FIELD：可标记成员变量。

    • ElementType.PARAMETER：可标记方法参数。

2. 自定义@MyComponent注解（模拟 Spring@Component）

（1）完整注解定义

java

运行

import java.lang.annotation.*;
​
// 元注解：运行时生效，仅可标记类/接口/枚举
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface MyComponent {
    // 注解属性：Bean名称，默认值为类名首字母小写
    String value() default "";
}
（2）注解解析逻辑（模拟 Spring 扫描 Bean）

java

import java.io.File;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.net.URL;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
​
public class MyComponentScanner {
    // 存储扫描到的Bean实例
    private List<Object> beanList = new ArrayList<>();
​
    // 扫描指定包下的@MyComponent注解类并实例化
    public void scan(String basePackage) throws Exception {
        // 1. 将包名转为文件路径（如com.itheima → com/itheima）
        String packagePath = basePackage.replace(".", File.separator);
        // 2. 通过类加载器获取包的物理路径
        URL url = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResource(packagePath);
        if (url == null) {
            throw new RuntimeException("包路径不存在：" + basePackage);
        }
        File packageDir = new File(url.getFile());
​
        // 3. 遍历包下所有.class文件
        for (File file : packageDir.listFiles()) {
            String fileName = file.getName();
            if (fileName.endsWith(".class")) {
                // 4. 构建全类名（如com.itheima.UserService）
                String className = basePackage + "." + fileName.substring(0, fileName.indexOf("."));
                // 5. 反射获取Class对象
                Class<?> clazz = Class.forName(className);
                // 6. 判断类是否标记@MyComponent
                if (clazz.isAnnotationPresent(MyComponent.class)) {
                    // 7. 实例化Bean（调用无参构造器）
                    Object bean = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
                    beanList.add(bean);
                    // 8. 打印Bean信息
                    MyComponent annotation = clazz.getDeclaredAnnotation(MyComponent.class);
                    String beanName = annotation.value().isEmpty() 
                            ? toLowerFirstCase(clazz.getSimpleName()) 
                            : annotation.value();
                    System.out.println("扫描到Bean：" + beanName + "，类型：" + clazz.getName());
                }
            }
        }
    }
​
    // 工具方法：类名首字母小写（如UserService → userService）
    private String toLowerFirstCase(String className) {
        char[] chars = className.toCharArray();
        chars[0] += 32; // ASCII码小写比大写大32
        return new String(chars);
    }
​
    // 测试
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyComponentScanner scanner = new MyComponentScanner();
        scanner.scan("com.itheima.service"); // 扫描指定包
        // 输出示例：扫描到Bean：userService，类型：com.itheima.service.UserService
    }
}
（3）解析注解依赖反射的原因

注解的本质是 “继承Annotation的接口”，其属性值仅在运行时通过接口实现类（JVM 动态生成）存储。而解析注解需：

  1. 判断元素（类 / 方法）是否标记注解（isAnnotationPresent）；

  2. 获取注解对象及属性值（

    getDeclaredAnnotation

    ）；

    这些操作均需通过反射访问元素的 “元数据”（

    Class

    /

    Method

    /

    Field

    对象），因为注解信息存储在

    Class

    文件的 “运行时常量池” 中，仅反射能在运行时读取该信息。

面试题 3 答案

1. JDK 动态代理与 CGLIB 代理的核心差异（四维度对比）

对比维度 JDK 动态代理 CGLIB 代理
目标对象要求 必须实现至少一个接口（代理类继承Proxy，无法多继承） 无需实现接口（代理类继承目标类），但目标类不能是final
代理逻辑依赖 实现InvocationHandler接口，重写invoke方法（通过Method.invoke调用目标方法） 实现MethodInterceptor接口，重写intercept方法（通过 ASM 字节码操作调用目标方法）
性能 JDK8 前：反射调用开销大，性能低于 CGLIB；JDK8+：优化反射（如MethodHandle），性能接近 CGLIB 基于 ASM 直接生成字节码，无反射开销，高并发下性能略优
局限性 1. 无法代理无接口的类；2. 无法代理private/final方法（反射无法调用） 1. 无法代理final类（无法继承）；2. 无法代理final方法（无法重写）

2. Spring AOP 的代理选择逻辑

Spring AOP 的代理选择核心是 “优先 JDK 动态代理， fallback 到 CGLIB”，具体判断流程如下：

  1. 判断目标类是否实现接口

    ：

    • 若实现接口（如UserService implements IUserService）：默认使用 JDK 动态代理。

    • 若未实现接口（如UserService无接口）：使用 CGLIB 代理。

  2. 强制 CGLIB 代理的场景

    ：

    • 配置spring.aop.proxy-target-class=true（Spring Boot 2.x 后默认true）：无论是否有接口，均使用 CGLIB。

    • 目标类是final但实现接口：JDK 代理（因 CGLIB 无法继承final类）。

  3. Spring Boot 2.x 的调整

    ：

    • Spring Boot 1.x 默认proxy-target-class=false（优先 JDK）；2.x 默认true（优先 CGLIB）。

    • 调整原因：CGLIB 无需接口，适配更多场景（如无接口的类），且 JDK8 + 后 CGLIB 性能优势不明显，简化配置。

3. 示例：Spring AOP 代理选择场景

java

运行

// 场景1：目标类实现接口 → JDK代理（默认）
public interface IUserService { void login(); }
@Service
public class UserService implements IUserService { 
    @Override public void login() { /* 业务逻辑 */ } 
}

// 场景2：目标类无接口 → CGLIB代理
@Service
public class OrderService { 
    public void createOrder() { /* 业务逻辑 */ } 
}

// 场景3：配置强制CGLIB → 即使有接口也用CGLIB
// application.properties：spring.aop.proxy-target-class=true
@Service
public class ProductService implements IProductService { 
    @Override public void query() { /* 业务逻辑 */ } 
}

面试题 4 答案

1. @Test方法 “public、无参、无返回值” 的原因

JUnit 设计此规范的核心是 “保证测试独立性和自动化执行”，具体原因如下：

  1. public 访问权限：JUnit 通过反射调用测试方法（Method.invoke），若为private，反射需setAccessible(true)，但 JUnit 为避免破坏封装，强制public（早期 JUnit 版本不支持私有方法测试）。

  2. 无参数：测试方法需 “独立执行”，若有参数，JUnit 无法自动注入参数值（参数来源不明确，破坏独立性）。

  3. 无返回值：测试结果通过 “断言”（如assertTrue）判断，而非返回值（返回值无法标准化判断成功 / 失败），且无返回值可简化测试逻辑。

2. JUnit 5 验证 “预期异常” 的断言机制

JUnit 5 通过Assertions.assertThrows方法捕获预期异常，验证异常类型和消息，示例如下：

java

运行

import org.junit.jupiter.api.Test;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;

// 被测试类：计算年龄，非法年份抛异常
class AgeCalculator {
    public int calculate(int birthYear) {
        if (birthYear < 1900 || birthYear > 2024) {
            throw new IllegalArgumentException("出生年份必须在1900-2024之间");
        }
        return 2024 - birthYear;
    }
}

// 测试类
class AgeCalculatorTest {
    private final AgeCalculator calculator = new AgeCalculator();

    @Test
    void calculate_invalidBirthYear_throwException() {
        // 1. 捕获预期异常（参数1：预期异常类型，参数2：Lambda表达式执行测试逻辑）
        IllegalArgumentException exception = assertThrows(
            IllegalArgumentException.class,
            () -> calculator.calculate(1899), // 执行会抛异常的逻辑
            "预期抛出非法参数异常，但未抛出" // 断言失败提示
        );

        // 2. 验证异常消息（确保异常原因正确）
        assertEquals("出生年份必须在1900-2024之间", exception.getMessage());
    }
}

3. 测试方法独立性的重要性及保证措施

（1）重要性

  • 避免 “测试污染”：若测试方法依赖其他方法的执行结果（如共享静态变量），一个方法失败会导致后续方法全部失败，无法定位真实问题。

  • 支持并行执行：JUnit 5 支持测试方法并行执行，独立性是并行的前提（无共享状态）。

（2）保证措施

  1. 测试方法无共享状态

    ：不使用静态变量存储测试数据（静态变量会跨方法共享），每个测试方法独立初始化对象。

    java

    运行

    // 错误：静态变量共享状态
private static User user; 
@Test void test1() { user = new User(); }
@Test void test2() { user.setName("test"); } // 污染test1的user

// 正确：每个方法独立初始化
private User user;
@BeforeEach void setUp() { user = new User(); } // 每个测试前初始化

  2. 测试方法顺序无关：不依赖方法执行顺序（JUnit 默认随机执行顺序，可通过@TestMethodOrder指定，但不推荐）。

  3. 资源独立释放：使用@AfterEach释放资源（如关闭文件、数据库连接），避免资源泄漏影响其他方法。

面试题 5 答案

1. 简易权限校验框架设计（反射 + 注解 + 动态代理）

（1）步骤 1：定义@RequiresPermission注解

java

运行

import java.lang.annotation.*;

// 元注解：运行时生效，仅标记方法
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface RequiresPermission {
    // 注解属性：所需权限名称（如"user:delete"）
    String value();
}
（2）步骤 2：实现权限校验代理（InvocationHandler）

java

运行

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
​
// 权限上下文：模拟当前登录用户的权限
class PermissionContext {
    private static String currentUserPermission; // 模拟当前用户权限
​
    public static void setCurrentUserPermission(String permission) {
        currentUserPermission = permission;
    }
​
    public static String getCurrentUserPermission() {
        return currentUserPermission;
    }
}
​
// 自定义异常：权限不足
class PermissionDeniedException extends RuntimeException {
    public PermissionDeniedException(String message) {
        super(message);
    }
}
​
// 代理处理器：实现权限校验逻辑
class PermissionInvocationHandler implements InvocationHandler {
    private final Object target; // 目标对象
​
    public PermissionInvocationHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }
​
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        // 1. 判断方法是否标记@RequiresPermission
        if (method.isAnnotationPresent(RequiresPermission.class)) {
            // 2. 获取注解中的所需权限
            RequiresPermission annotation = method.getDeclaredAnnotation(RequiresPermission.class);
            String requiredPerm = annotation.value();
            // 3. 获取当前用户权限
            String userPerm = PermissionContext.getCurrentUserPermission();
​
            // 4. 权限校验
            if (userPerm == null || !userPerm.equals(requiredPerm)) {
                throw new PermissionDeniedException("权限不足：需要[" + requiredPerm + "]，当前用户仅有[" + userPerm + "]");
            }
        }
​
        // 5. 权限通过，调用目标方法
        return method.invoke(target, args);
    }
​
    // 静态方法：生成代理对象
    public static <T> T createProxy(T target) {
        return (T) Proxy.newProxyInstance(
            target.getClass().getClassLoader(),
            target.getClass().getInterfaces(),
            new PermissionInvocationHandler(target)
        );
    }
}
（3）步骤 3：目标接口与实现类（标记注解）

java

运行

// 目标接口
public interface IUserService {
    void queryUser(); // 无需权限
​
    @RequiresPermission("user:delete") // 需要"user:delete"权限
    void deleteUser(String userId);
}
​
// 目标实现类
public class UserService implements IUserService {
    @Override
    public void queryUser() {
        System.out.println("查询用户成功");
    }
​
    @Override
    public void deleteUser(String userId) {
        System.out.println("删除用户：" + userId + " 成功");
    }
}
（4）步骤 4：测试代码

java

运行

public class PermissionProxyTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建目标对象
        IUserService target = new UserService();
        // 2. 生成代理对象
        IUserService proxy = PermissionInvocationHandler.createProxy(target);

        // 场景1：当前用户无权限 → 执行deleteUser抛异常
        PermissionContext.setCurrentUserPermission("user:query");
        proxy.queryUser(); // 输出：查询用户成功
        try {
            proxy.deleteUser("1001"); 
        } catch (PermissionDeniedException e) {
            System.out.println("异常：" + e.getMessage()); // 输出：权限不足：需要[user:delete]，当前用户仅有[user:query]
        }

        // 场景2：当前用户有权限 → 执行成功
        PermissionContext.setCurrentUserPermission("user:delete");
        proxy.deleteUser("1001"); // 输出：删除用户：1001 成功
    }
}

2. 技术模块协作流程

  1. 注解标记：@RequiresPermission标记需要权限的方法，存储 “所需权限” 元数据（运行时通过反射读取）。

  2. 反射解析：代理处理器PermissionInvocationHandler在invoke方法中，通过反射（method.isAnnotationPresent、getDeclaredAnnotation）解析方法上的注解，获取所需权限。

  3. 动态代理：通过Proxy.newProxyInstance生成代理对象，拦截目标方法调用，在调用前执行权限校验逻辑，校验通过则调用目标方法（method.invoke），否则抛异常。

整个流程实现 “权限校验与业务逻辑解耦”，无需修改UserService代码，仅通过注解和代理即可增强功能，符合 AOP 思想。

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