Java 注解是在 JDK5 时引入的新特性，注解（也被称为元数据）为我们在代码中添加信息提供了一种形式化的方法，使我们可以在稍后某个时刻非常方便地使用这些数据。注解类型定义指定了一种新的类型，一种特殊的接口类型。 在关键词 interface 前加 @ 符号也就是用 @interface 来区分注解的定义和普通的接口声明。目前大部分框架(如 Spring Boot 等)都通过使用注解简化了代码并提高的编码效率。
二、作用
-
提供信息给编译器： 编译器可以利用注解来探测错误和警告信息，如 @Override、@Deprecated。
-
编译阶段时的处理： 软件工具可以用来利用注解信息来生成代码、Html 文档或者做其它相应处理，如 @Param、@Return、@See、@Author 用于生成 Javadoc 文档。
-
运行时的处理： 某些注解可以在程序运行的时候接受代码的提取，值得注意的是，注解不是代码本身的一部分。如Spring 2.5 开始注解配置，减少了配置。
三、定义
2.1 注解的本质
所有的注解本质上都是继承自 Annotation 接口。但是，手动定义一个接口继承 Annotation 接口无效的，需要通过 @interface 声明注解，Annotation 接口本身也不定义注解类型，只是一个普通的接口。
public interface Annotation {
boolean equals(Object obj);
int hashCode();
String toString();
/**
*获取注解类型
*/
Class<? extends Annotation> annotationType();
}
来对比下 @interface 定义注解和继承 Annotation 接口
public @interface TestAnnotation1 {
}
?
public interface TestAnnotation2 extends Annotation {
}
通过使用 javap 指令对比两个文件的字节码，发现通过 @interface 定义注解，本质上就是继承 Annotation 接口。
// javap -c TestAnnotation1.class
Compiled from "TestAnnotation1.java"
public interface com.hncboy.corejava.annotation.TestAnnotation1 extends java.lang.annotation.Annotation {}
?
// javap -c TestAnnotation2.class
Compiled from "TestAnnotation2.java"
public interface com.hncboy.corejava.annotation.TestAnnotation2 extends java.lang.annotation.Annotation {}
虽然本质上都是继承 Annotation 接口，但即使接口可以实现多继承，注解的定义仍然无法使用继承关键字来实现。
通过 @interface 定义注解后，该注解也不能继承其他的注解或接口，注解是不支持继承的，如下代码就会报错。
public @interface TestAnnotation1 {
}
/** 错误的定义，注解不能继承注解 */
@interface TestAnnotation2 extends TestAnnotation1 {
}
/** 错误的定义，注解不能继承接口 */
@interface TestAnnotation3 extends Annotation {
}
虽然注解不支持继承其他注解或接口，但可以使用组合注解的方式来解决这个问题。如 @SpringBootApplication 就采用了组合注解的方式。
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(excludeFilters = { @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
}
2.2 注解的架构
注解的基本架构如图所示，先简单了解下该架构，后面会详细讲解。
该架构的左半部分为基本注解的组成，一个基本的注解包含了 @interface 以及 ElementType 和 RententionPolicy 这两个枚举类。
-
Annotation 和 ElementType 是一对多的关系
-
Annotation 和 RetentionPolicy 是一对一的关系
该架构的右半部分为 JDK 部分内置的标准注解及元注解。
-
标准注解：@Override、@Deprecated 等
-
元注解：@Documented、@Retention、@Target、@Inherited 等
2.3 注解的属性
注解的属性也称为成员变量，注解只有成员变量，没有方法。注解的成员变量在注解的定义中以“无形参的方法”形式来声明，其方法名定义了该成员变量的名字，其返回值定义了该成员变量的类型。
注解内的可使用的数据类型是有限制的，类型如下：
-
所有的基本类型（int，float，boolean 等）
-
String
-
Class
-
enum（@Retention 中属性的类型为枚举）
-
Annotation
-
以上类型的数组（@Target 中属性类型为枚举类型的数组）
编译器对属性的默认值也有约束。首先，属性不能有不确定的的值。也就是说，属性要么具有默认值，要么在使用注解时提供属性的值。对于非基本类型的属性，无论是在源代码中声明时，或是在注解接口中定义默认值时，都不能使用 null 为其值。因此，为了绕开这个约束，我们需要自己定义一些特殊的值，例如空字符串或负数，来表示某个属性不存在。
通过一个案例来演示下注解可使用的数据类型及默认值。
@interface Reference {
boolean contain() default false;
}
?
enum Week {
Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday, Saturday, Sunday
}
?
public @interface TestAnnotation {
?
/**
* int 基本数据类型
* @return
*/
int type() default -1;
?
/**
* boolean 基本数据类型
* @return
*/
boolean status() default false;
?
/**
* String 类型
* @return
*/
String name() default "";
?
/**
* Class 类型
* @return
*/
Class<?> loadClass() default String.class;
?
/**
* 枚举类型
* @return
*/
Week today() default Week.Sunday;
?
/**
* 注解类型
* @return
*/
Reference reference() default @Reference(contain = true);
?
/**
* 枚举数组类型
* @return
*/
Week[] value();
}
四、组成
我们已经了解了注解的架构，先来定义一个简单的注解。
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface TestAnnotation {
}
3.1 ElementType
ElementType 枚举类型的常量为 Java 程序中可能出现注解的声明位置提供了简单的分类。这些常量用于 @Target 注解中。@Target 用于描述注解适用的范围，即注解能修饰的对象范围，通过 ElementType 的枚举常量表示。
先来看下 ElementType 该枚举类的代码。
public enum ElementType {
/**
* 用于描述类、接口（包括注解类型）、枚举的定义
*/
TYPE,
?
/**
* 用于描述成员变量、对象、属性（包括枚举常量）
*/
FIELD,
?
/**
* 用户描述方法
*/
METHOD,
?
/**
* 用于描述参数
*/
PARAMETER,
?
/**
* 用于描述构造器
*/
CONSTRUCTOR,
?
/**
* 用于描述局部变量
*/
LOCAL_VARIABLE,
?
/**
* 用于描述注解的（元注解）
*/
ANNOTATION_TYPE,
?
/**
* 用于描述包
*/
PACKAGE,
?
/*
* 表示该注解能写在类型变量的声明语句中
* @since 1.8
*/
TYPE_PARAMETER,
?
/**
* 表示该注解能写在使用类型的任何语句中（声明语句、泛型和强制转换语句中的类型）
* @since 1.8
*/
TYPE_USE
}
JDK8 之前，注解只能用于声明的地方，JDK8 中添加了 TYPE_PARAMETER 和 TYPE_USE 类型注解，可以应用于所有地方：泛型、父类、接口，异常、局部变量等。举个例子，定义一个 @AnyWhere 注解，Boy 接口和 Test 类。
@Target({ElementType.TYPE_USE, ElementType.TYPE_PARAMETER})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface AnyWhere {
}
?
public interface Boy {
}
?
public class Test<@AnyWhere T> extends @AnyWhere Object implements @AnyWhere Boy {
?
private @AnyWhere T test1(@AnyWhere T t) throws @AnyWhere Exception {
return t;
}
private void test2() {
Test<Integer> test = new @AnyWhere Test<>();
@AnyWhere List<@AnyWhere Integer> list = new ArrayList<>();
}
}
3.2 RetentionPolicy
RetentionPolicy 枚举类型的常量用于保留注解的各种策略，即该注解的有效期。它们与 @Retention 注解类型一起使用，以指定保留注解的时间。RetentionPolicy 枚举的代码如下。
public enum RetentionPolicy {
/**
* 表示该注解只存在于源码阶段，
*/
SOURCE,
?
/**
* 表示该注解存在于源码阶段和编译后的字节码文件里
*/
CLASS,
?
/**
* 表示该注解存在于源码阶段、编译后的字节码文件和运行时期，且注解的内容将会被 JVM 解释执行
* 该范围的注解可通过反射获取到
*/
RUNTIME
}
Annotation 和 RetentionPolicy 是一对一的关系，即每个注解只能有一种保留策略。
这三个枚举值是有等级关系的，SOURCE < CLASS < RUNTIME，即 RUNTIME 的有效范围是最大的，其次的是 CLASS，最小的范围是 SOURCE，默认的保留范围为 CLASS。
-
RUNTIME 范围使用于在运行期间通过反射的方式去获取注解。
-
CLASS 适用于编译时进行一些预处理操作。
-
SOURCE 适用于一些检查性的工作，或者生成一些辅助的代码，如 @Override 检查重写的方法，Lombok 中的 @Date、@Getter、@Setter 注解。
3.3 注解与反射
通过前面我们了解到，注解本质上继承 Annotation 接口，也就是说，Annotation 接口是所有注解的父接口。@Retention 的保留策略为 RetentionPolicy.RUNTIME 的情况下，我们可以通过反射获取注解的相关信息。Java 在 java.lang.reflect 包下也提供了对注解支持的接口。
主要来了解下 AnnotationElement 这个接口，其他接口都为该接口的子接口。该接口的对象代表 JVM 运行期间使用注解的类型（Class，Method，Field 等）。该包下的 Constructor 类、Method 类、Package 类和 Class 类等都实现了该接口。简单了解下该接口的部分函数。
public interface AnnotatedElement {
/**
* default 方法是 Java8 新增的
* 如果指定类型的注解存在该类型上，则返回 true，否则返回 false。此方法的主要目的是方便访问一些已知的注解
*
* @param annotationClass 该泛型参数表示所有继承了Annotation 接口的接口，也就是注解
* @return 返回该类型上是否有指定的注解
*/
default boolean isAnnotationPresent(Class<? extends Annotation> annotationClass) {
return getAnnotation(annotationClass) != null;
}
/**
* 根据注解的 Class 查询注解
*/
<T extends Annotation> T getAnnotation(Class<T> annotationClass);
/**
* 返回该类型上的所有注解，包含继承的
*/
Annotation[] getAnnotations();
/**
* 返回该类型上的所有注解，不包含继承的
*/
Annotation[] getDeclaredAnnotations();
}
我们使用代码来测试下反射获取注解。定义两个注解，一个保留策略为 RetentionPolicy.RUNTIME，另一个为 RetentionPolicy.CLASS。创建 TestAnnotation 类测试注解，该类上使用了这两个注解。
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface TestAnnotation1 {
String status() default "hncboy";
}
?
@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
public @interface TestAnnotation2 {
String value() default "hncboy";
}
?
@TestAnnotation1(status = "hncboy2")
@TestAnnotation2("hncboy2")
public class TestAnnotation {
?
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
Class<?> clazz = Class.forName("com.hncboy.corejava.annotation.TestAnnotation");
// 获取该类的所有注解
Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
for (Annotation annotation : annotations) {
System.out.println(annotation.annotationType());
System.out.println(annotation.toString());
}
}
}
输出结果如下，可见 TestAnnotation2 注解没有输出，因为 TestAnnotation2 注解类型是 RetentionPolicy.CLASS 的，所以用反射方法获取不到。这里还涉及到了注解的一个快捷方法，就是当注解里的属性名字定义为 value 时，可以在使用该注解时不指定属性名，上面的 @Target 注解和 @Retention 注解都属于这种情况，不过当注解里有多个属性时，那就必须指定属性名了。
interface com.hncboy.corejava.annotation.TestAnnotation1 @com.hncboy.corejava.annotation.TestAnnotation1()(status=hncboy2)
五、元注解
元注解即注解的注解且只能作用于注解上的注解，也就是说元注解负责其他注解的注解，而且只能用在注解上面。
JDK8 以前内置的元注解有 @Documented、@Retention、@Target、@Inherited 这四个，JDK 8 引入了 @Repeatable， 前面已经了解过了 @Target 和 @Retention，下面做一些简单的补充。
元注解的 @Target 都为 ElementType.ANNOTATION_TYPE，因为元注解只能应用于注解的注解。元注解在定义该注解的同时也可以直接使用该注解。
5.1 @Target
该注解用于定义注解能使用的范围，取值为 ElementType 枚举。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Target {
/**
* 返回可以应用注解类型的各种范围的枚举数组
* 名字为 value 时可以省略属性名
* @return
*/
ElementType[] value();
}
使用方式：
@Target(ElementType.METHOD)
@Target(value = ElementType.METHOD)
@Target({ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
@Target(value = {ElementType.METHOD, ElementType.TYPE})
5.2 @Retention
该注解定义注解的保留策略或者说定义注解的有效期，取值范围为 RetationPolicy 枚举。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Retention {
/**
* 返回保留策略
* @return
*/
RetentionPolicy value();
}
使用方式：
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) @Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
5.3 @Documented
该注解的使用表示是否包含在生成的 javadoc 文档中。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Documented {
}
举个例子，定义一个 @TestAnnotation 注解和 Test 类。
@Retention(value = RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface TestAnnotation {
}
@TestAnnotation
public class Test {
}
通过 javadoc -d doc *.java 命令将该目录下的这两个类生成文档并放在 doc 目录下。生成的文件如下，点击 index.html。
看到如图所示的样子，Test 类中包含 @TestAnnotation。
我们再把 @TestAnnotation 注解上的 @Documenet 注解注释掉再来生成下文档。此时发现 Test 类中没有 @TestAnnotation 注解了。
5.4 @Inherited
该注解表示注解是否具有继承的特性。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Inherited {
}
举个例子来测试下。新建 TestAnnotation 注解，Father 类，Son 类，Father 类使用了该注解，Son 类继承 Father 类。
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Inherited
public @interface TestAnnotation {
}
@TestAnnotation
public class Father {
}
public class Son extends Father {
}
新建一个测试类，测试 Father 和 Son 这两个类是否包这两个注解。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Father.class.isAnnotationPresent(TestAnnotation.class));
System.out.println(Son.class.isAnnotationPresent(TestAnnotation.class));
}
}
输出为 true true，当把 @TestAnnotation 注解上的 @Inherited 注解注释掉时，输出 true false，如此可见该注解的作用。
5.5 @Repeatable
JDK8 以前是不支持重复注解的，同一个地方只能使用同一个注解一次。 该注解从 JDK8 引入，该注解类型用于表示其声明注解的注解类型为可重复时。 value() 的值表示可重复注解的类型，包含注解类型。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Repeatable {
/**
* 指可重复注解的类型，包含注解类型
* @return
*/
Class<? extends Annotation> value();
}
举个例子，定义 @Activity 和 @Activities 注解，定义 Hncboy 类测试重复注解。@Activity 注解被 @Repeatable(Activities.class) 注解，@Activities 相当于一个容器注解，属性为 Activity 类型的数组，通过这样的方式，使得 @Activity 注解可以被重复使用。
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Activities {
Activity[] value();
}
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Repeatable(Activities.class)
public @interface Activity {
String value();
}
@Activity("打代码")
@Activity("吃饭")
@Activity("睡觉")
public class Hncboy {
}
@Activities({@Activity("打代码"), @Activity("吃饭"), @Activity("睡觉")})
public class Hncboy {
}
六、标准注解
JDK 内置的注解有 @Deprecated、@Override、@SuppressWarnnings、@SafeVarargs（JDK 7 引入）、@FunctionalInterface（JDK 引入）等。接下来介绍下 3 中常用的内置注解。
6.1 @Deprecated
注解为 @Deprecated 的类型是不鼓励程序员使用的元素，通常是因为这样做很危险，或者是因为存在更好的替代方法。当在不推荐使用的代码中使用或覆盖不推荐使用的程序元素时，编译器会发出警告。该注解可以用来修饰构造器、字段、局部变量、方法等类型。
@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(value={CONSTRUCTOR, FIELD, LOCAL_VARIABLE, METHOD, PACKAGE, PARAMETER, TYPE})
public @interface Deprecated {
}
举个例子，使用 @Deprecated 修饰的元素是不推荐使用的，编译器会帮我们将这些类和方法用删除线标记。直接声明在包上会报 Package annotations should be in file package-info.java 错误。
@Deprecated
public class TestDeprecated {
@Deprecated
String s = "hncboy";
@Deprecated
public void test() {
}
}
6.2 @Override
@Override 注解我们经常用到，提示子类需要重写父类的方法。方法重写或实现了在父类中声明的方法时需要加上该注解，该注解用于编译器检查重写的操作是否正确，保留策略为 RetentionPolicy.SOURCE。
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Override {
}
6.3 @SuppressWarnings
用来关闭编译器生成警告信息，可以用来修饰类、方法、成员变量等，在使用该注解时，应采用就近原则，如方法产生警告是，应该针对方法声明该注解，而不是对类声明，有利于发现该类的其他警告信息。
@Target({TYPE, FIELD, METHOD, PARAMETER, CONSTRUCTOR, LOCAL_VARIABLE})
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface SuppressWarnings {
/**
* 带有注解的元素中的编译器将禁止的警告集。
* 使用 unchecked 忽略无法识别的警告
*/
String[] value();
}
举个例子，rawtypes 用于使用泛型时忽略没有指定相应的类型，unused 用于没有使用过的代码。
public class Test {
@SuppressWarnings({"rawtypes", "unused"})
private List test() {
return new ArrayList();
}
}
七、自定义注解
自定义注解实现 Spring IOC Bean 实例创建，自定义简单的注解： @Component、@Bean 和 @ComponentScan。
通过什么是反射？这篇文章我们已经学习到通过反射实现 Spring IOC Bean 实例的三种创建方式，不清楚的可以去看下那篇文章。
7.1 新建 @MyComponent、@MyBean、 @MyComponentScan
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD})
public @interface MyBean {
String value() default "";
}
@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyComponent {
String value() default "";
}
@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyComponentScan {
String value() default "";
}
7.2 新建 A、B、C 三个类
@MyComponent("a")
public class A {
public A() {
System.out.println("调用 A 的无参构造器");
}
@MyBean("b")
public static B createBInstance() {
System.out.println("调用 A 的静态方法 createBInstance");
return new B();
}
@MyBean("c")
public C createCInstance() {
System.out.println("调用 A 的实例方法 createCInstance");
return new C();
}
}
class B {}
class C {}
7.3 新建 IOCContainer 类
/**
* 定义 map 存放 bean
*/
public class IOCContainer {
private static HashMap<String, Object> container = new HashMap<>();
public static void putBean(String id, Object object) {
container.put(id, object);
}
public static Object getBean(String id) {
return container.get(id);
}
}
7.4 新建 Test 类
-
先获取 @MyComponentScan 注解中的包名
-
然后扫描该包下所有类的全限定名
-
遍历类名，判断改类是否实现 @MyComponent 注解
-
遍历方法，判断该方法是否实现 @MyBean 注解
大致过程是这样，具体的可以见代码的注释。
@MyComponentScan("com.hncboy.corejava.annotation.spring")
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Test test = new Test();
// 获取 MyComponentScan 注解中的包名
String scanPackage = test.getScanPackage();
HashSet<String> classPathSet = new HashSet<>();
// 扫描包下的所有类并将类的全限定名放进 classPathSet
test.doScanPackage(classPathSet, scanPackage);
// 遍历扫描包下的所有类
for (String className : classPathSet) {
// 通过类的全限定名获取 Class
Class<?> clazz = Class.forName(className);
// 判断该类是否实现了 MyComponent 注解
if (clazz.isAnnotationPresent(MyComponent.class)) {
// 方式1：通过构造器实例化
IOCContainer.putBean(className, clazz.newInstance());
}
Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
for (Method method : methods) {
// 判断方法是否有 MyBean 注解
if (method.isAnnotationPresent(MyBean.class)) {
// 获取 bean 值
String beanName = method.getAnnotation(MyBean.class).value();
// 判断该方法是否是静态方法或实例方法
if (Modifier.isStatic(method.getModifiers())) {
// 方式2：通过静态工厂实例化
IOCContainer.putBean(beanName, method.invoke(null));
} else {
// 方式3：通过实例工厂实例化
// 首先获取该类的实例对象，再调用实例方法进行实例化
IOCContainer.putBean(beanName, method.invoke(IOCContainer.getBean(className)));
}
}
}
}
}
/**
* 获取 MyComponentScan 注解中的包名
*
* @return
*/
private String getScanPackage() {
Class<?> clazz = this.getClass();
if (!clazz.isAnnotationPresent(MyComponentScan.class)) {
return "";
}
MyComponentScan scanPackage = clazz.getDeclaredAnnotation(MyComponentScan.class);
return scanPackage.value();
}
/**
* 扫描该包下的类
*
* @param classPathSet
* @param scanPackage
*/
private void doScanPackage(HashSet<String> classPathSet, String scanPackage) {
// 通过正则表达式将包名中的 . 替代为 /，并获取到该路径的 class url
URL url = this.getClass().getResource("/" + scanPackage.replaceAll("\\.", "/"));
// 获取该 url 下的所有 File（目录/文件）
File classDir = new File(url.getFile());
// 遍历所有 File
for (File file : classDir.listFiles()) {
// 判断该 file 如果是目录的话
if (file.isDirectory()) {
// 拼接该目录的名字并递归遍历该目录
doScanPackage(classPathSet, scanPackage + "." + file.getName());
} else {
// 如果文件不是以 .class 结尾
if (!file.getName().endsWith(".class")) {
continue;
}
// 通过 包名+目录名+除去.class的类名 拼接该类的全限定名
String clazzName = (scanPackage + "." + file.getName().replace(".class", ""));
// 将该类的全限定名放入 classPathSet
classPathSet.add(clazzName);
}
}
}
}
输出如下：
调用 A 的无参构造器 调用 A 的静态方法 createBInstance 调用 A 的实例方法 createCInstance
注：APT——这些处理提取和处理 Annotation 的代码统称为 APT（Annotation Processing Tool)。
Java 编程思想
