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深入理解Java注解类型(@Annotation)

  • 时间:2020-04-28 07:26 编辑: 来源: 阅读:
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摘要:深入理解Java注解类型(@Annotation)
Java注解是在JDK5时引入的新特性,鉴于目前大部分框架(如spring)都使用了注解简化代码并提高编码的效率,因此掌握并深入理解注解对于一个Java工程师是来说是很有必要的事。本篇我们将通过以下几个角度来分析注解的相关知识点 [b]理解Java注解[/b] 实际上Java注解与普通修饰符(public、static、void等)的使用方式并没有多大区别,下面的例子是常见的注解:
public class AnnotationDemo {
  //@Test注解修饰方法A
  @Test
  public static void A(){
    System.out.println("Test.....");
  }

  //一个方法上可以拥有多个不同的注解
  @Deprecated
  @SuppressWarnings("uncheck")
  public static void B(){

  }
}
通过在方法上使用@Test注解后,在运行该方法时,测试框架会自动识别该方法并单独调用,@Test实际上是一种标记注解,起标记作用,运行时告诉测试框架该方法为测试方法。而对于@Deprecated和@SuppressWarnings(“uncheck”),则是Java本身内置的注解,在代码中,可以经常看见它们,但这并不是一件好事,毕竟当方法或是类上面有@Deprecated注解时,说明该方法或是类都已经过期不建议再用,@SuppressWarnings 则表示忽略指定警告,比如@SuppressWarnings(“uncheck”),这就是注解的最简单的使用方式,那么下面我们就来看看注解定义的基本语法 [b]基本语法[/b] [b]声明注解与元注解[/b] 我们先来看看前面的Test注解是如何声明的:
//声明Test注解
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Test {

} 
我们使用了@interface声明了Test注解,并使用@Target注解传入ElementType.METHOD参数来标明@Test只能用于方法上,@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)则用来表示该注解生存期是运行时,从代码上看注解的定义很像接口的定义,确实如此,毕竟在编译后也会生成Test.class文件。对于@Target和@Retention是由Java提供的元注解,所谓元注解就是标记其他注解的注解,下面分别介绍 @Target 用来约束注解可以应用的地方(如方法、类或字段),其中ElementType是枚举类型,其定义如下,也代表可能的取值范围
public enum ElementType {
  /**标明该注解可以用于类、接口(包括注解类型)或enum声明*/
  TYPE,

  /** 标明该注解可以用于字段(域)声明,包括enum实例 */
  FIELD,

  /** 标明该注解可以用于方法声明 */
  METHOD,

  /** 标明该注解可以用于参数声明 */
  PARAMETER,

  /** 标明注解可以用于构造函数声明 */
  CONSTRUCTOR,

  /** 标明注解可以用于局部变量声明 */
  LOCAL_VARIABLE,

  /** 标明注解可以用于注解声明(应用于另一个注解上)*/
  ANNOTATION_TYPE,

  /** 标明注解可以用于包声明 */
  PACKAGE,

  /**
   * 标明注解可以用于类型参数声明(1.8新加入)
   * @since 1.8
   */
  TYPE_PARAMETER,

  /**
   * 类型使用声明(1.8新加入)
   * @since 1.8
   */
  TYPE_USE
}

请注意,当注解未指定Target值时,则此注解可以用于任何元素之上,多个值使用{}包含并用逗号隔开,如下:
zejian@zejiandeMBP annotationdemo$ javadoc DocumentDemo.java DocumentA.java DocumentB.java
如下: [img]http://files.jb51.net/file_images/article/201705/2017522112920931.png?2017422112954[/img] 可以发现使用@Documented元注解定义的注解(@DocumentA)将会生成到javadoc中,而@DocumentB则没有在doc文档中出现,这就是元注解@Documented的作用。 @Inherited 可以让注解被继承,但这并不是真的继承,只是通过使用@Inherited,可以让子类Class对象使用getAnnotations()获取父类被@Inherited修饰的注解,如下:
@Inherited
@Documented
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface DocumentA {
}

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface DocumentB {
}

@DocumentA
class A{ }

class B extends A{ }

@DocumentB
class C{ }

class D extends C{ }

//测试
public class DocumentDemo {

  public static void main(String... args){
    A instanceA=new B();
    System.out.println("已使用的@Inherited注解:"+Arrays.toString(instanceA.getClass().getAnnotations()));

    C instanceC = new D();

    System.out.println("没有使用的@Inherited注解:"+Arrays.toString(instanceC.getClass().getAnnotations()));
  }

  /**
   * 运行结果:
   已使用的@Inherited注解:[@com.zejian.annotationdemo.DocumentA()]
   没有使用的@Inherited注解:[]
   */
}
[b]注解与反射机制[/b] 前面经过反编译后,我们知道Java所有注解都继承了Annotation接口,也就是说 Java使用Annotation接口代表注解元素,该接口是所有Annotation类型的父接口。同时为了运行时能准确获取到注解的相关信息,Java在java.lang.reflect 反射包下新增了AnnotatedElement接口,它主要用于表示目前正在 VM 中运行的程序中已使用注解的元素,通过该接口提供的方法可以利用反射技术地读取注解的信息,如反射包的Constructor类、Field类、Method类、Package类和Class类都实现了AnnotatedElement接口,它简要含义如下(更多详细介绍可以看 深入理解Java类型信息(Class对象)与反射机制): [list=1] [*]Class:类的Class对象定义  [/*] [*]Constructor:代表类的构造器定义  [/*] [*]Field:代表类的成员变量定义[/*] [*]Method:代表类的方法定义  [/*] [*]Package:代表类的包定义[/*] [/list] 下面是AnnotatedElement中相关的API方法,以上5个类都实现以下的方法
返回值 方法名称 说明
<A extends Annotation> getAnnotation(Class<A> annotationClass) 该元素如果存在指定类型的注解,则返回这些注解,否则返回 null。
Annotation[] getAnnotations() 返回此元素上存在的所有注解,包括从父类继承的
boolean isAnnotationPresent(Class<? extends Annotation> annotationClass) 如果指定类型的注解存在于此元素上,则返回 true,否则返回 false。
Annotation[] getDeclaredAnnotations() 返回直接存在于此元素上的所有注解,注意,不包括父类的注解,调用者可以随意修改返回的数组;这不会对其他调用者返回的数组产生任何影响,没有则返回长度为0的数组
简单案例演示如下:
package com.zejian.annotationdemo;

import java.lang.annotation.Annotation;
import java.util.Arrays;

/**
 * Created by zejian on 2017/5/20.

 */
@DocumentA
class A{ }

//继承了A类
@DocumentB
public class DocumentDemo extends A{

  public static void main(String... args){

    Class<?> clazz = DocumentDemo.class;
    //根据指定注解类型获取该注解
    DocumentA documentA=clazz.getAnnotation(DocumentA.class);
    System.out.println("A:"+documentA);

    //获取该元素上的所有注解,包含从父类继承
    Annotation[] an= clazz.getAnnotations();
    System.out.println("an:"+ Arrays.toString(an));
    //获取该元素上的所有注解,但不包含继承!
    Annotation[] an2=clazz.getDeclaredAnnotations();
    System.out.println("an2:"+ Arrays.toString(an2));

    //判断注解DocumentA是否在该元素上
    boolean b=clazz.isAnnotationPresent(DocumentA.class);
    System.out.println("b:"+b);

    /**
     * 执行结果:
     A:@com.zejian.annotationdemo.DocumentA()
     an:[@com.zejian.annotationdemo.DocumentA(), @com.zejian.annotationdemo.DocumentB()]
     an2:@com.zejian.annotationdemo.DocumentB()
     b:true
     */
  }
}

[b]运行时注解处理器[/b] 了解完注解与反射的相关API后,现在通过一个实例(该例子是博主改编自《Tinking in Java》)来演示利用运行时注解来组装数据库SQL的构建语句的过程
/**
 * Created by wuzejian on 2017/5/18.
 * 表注解
 */
@Target(ElementType.TYPE)//只能应用于类上
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)//保存到运行时
public @interface DBTable {
  String name() default "";
}


/**
 * Created by wuzejian on 2017/5/18.
 * 注解Integer类型的字段
 */
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface SQLInteger {
  //该字段对应数据库表列名
  String name() default "";
  //嵌套注解
  Constraints constraint() default @Constraints;
}


/**
 * Created by wuzejian on 2017/5/18.
 * 注解String类型的字段
 */
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface SQLString {

  //对应数据库表的列名
  String name() default "";

  //列类型分配的长度,如varchar(30)的30
  int value() default 0;

  Constraints constraint() default @Constraints;
}


/**
 * Created by wuzejian on 2017/5/18.
 * 约束注解
 */

@Target(ElementType.FIELD)//只能应用在字段上
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Constraints {
  //判断是否作为主键约束
  boolean primaryKey() default false;
  //判断是否允许为null
  boolean allowNull() default false;
  //判断是否唯一
  boolean unique() default false;
}

/**
 * Created by wuzejian on 2017/5/18.
 * 数据库表Member对应实例类bean
 */
@DBTable(name = "MEMBER")
public class Member {
  //主键ID
  @SQLString(name = "ID",value = 50, constraint = @Constraints(primaryKey = true))
  private String id;

  @SQLString(name = "NAME" , value = 30)
  private String name;

  @SQLInteger(name = "AGE")
  private int age;

  @SQLString(name = "DESCRIPTION" ,value = 150 , constraint = @Constraints(allowNull = true))
  private String description;//个人描述

  //省略set get.....
}

上述定义4个注解,分别是@DBTable(用于类上)、@Constraints(用于字段上)、 @SQLString(用于字段上)、@SQLString(用于字段上)并在Member类中使用这些注解,这些注解的作用的是用于帮助注解处理器生成创建数据库表MEMBER的构建语句,在这里有点需要注意的是,我们使用了嵌套注解@Constraints,该注解主要用于判断字段是否为null或者字段是否唯一。必须清楚认识到上述提供的注解生命周期必须为@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME),即运行时,这样才可以使用反射机制获取其信息。有了上述注解和使用,剩余的就是编写上述的注解处理器了,前面我们聊了很多注解,其处理器要么是Java自身已提供、要么是框架已提供的,我们自己都没有涉及到注解处理器的编写,但上述定义处理SQL的注解,其处理器必须由我们自己编写了,如下
package com.zejian.annotationdemo;
import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * Created by zejian on 2017/5/13.
 * 运行时注解处理器,构造表创建语句
 */
public class TableCreator {

 public static String createTableSql(String className) throws ClassNotFoundException {
  Class<?> cl = Class.forName(className);
  DBTable dbTable = cl.getAnnotation(DBTable.class);
  //如果没有表注解,直接返回
  if(dbTable == null) {
   System.out.println(
       "No DBTable annotations in class " + className);
   return null;
  }
  String tableName = dbTable.name();
  // If the name is empty, use the Class name:
  if(tableName.length() < 1)
   tableName = cl.getName().toUpperCase();
  List<String> columnDefs = new ArrayList<String>();
  //通过Class类API获取到所有成员字段
  for(Field field : cl.getDeclaredFields()) {
   String columnName = null;
   //获取字段上的注解
   Annotation[] anns = field.getDeclaredAnnotations();
   if(anns.length < 1)
    continue; // Not a db table column

   //判断注解类型
   if(anns[0] instanceof SQLInteger) {
    SQLInteger sInt = (SQLInteger) anns[0];
    //获取字段对应列名称,如果没有就是使用字段名称替代
    if(sInt.name().length() < 1)
     columnName = field.getName().toUpperCase();
    else
     columnName = sInt.name();
    //构建语句
    columnDefs.add(columnName + " INT" +
        getConstraints(sInt.constraint()));
   }
   //判断String类型
   if(anns[0] instanceof SQLString) {
    SQLString sString = (SQLString) anns[0];
    // Use field name if name not specified.
    if(sString.name().length() < 1)
     columnName = field.getName().toUpperCase();
    else
     columnName = sString.name();
    columnDefs.add(columnName + " VARCHAR(" +
        sString.value() + ")" +
        getConstraints(sString.constraint()));
   }


  }
  //数据库表构建语句
  StringBuilder createCommand = new StringBuilder(
      "CREATE TABLE " + tableName + "(");
  for(String columnDef : columnDefs)
   createCommand.append("\n  " + columnDef + ",");

  // Remove trailing comma
  String tableCreate = createCommand.substring(
      0, createCommand.length() - 1) + ");";
  return tableCreate;
 }


  /**
   * 判断该字段是否有其他约束
   * @param con
   * @return
   */
 private static String getConstraints(Constraints con) {
  String constraints = "";
  if(!con.allowNull())
   constraints += " NOT NULL";
  if(con.primaryKey())
   constraints += " PRIMARY KEY";
  if(con.unique())
   constraints += " UNIQUE";
  return constraints;
 }

 public static void main(String[] args) throws Exception {
  String[] arg={"com.zejian.annotationdemo.Member"};
  for(String className : arg) {
   System.out.println("Table Creation SQL for " +
       className + " is :\n" + createTableSql(className));
  }

  /**
   * 输出结果:
   Table Creation SQL for com.zejian.annotationdemo.Member is :
   CREATE TABLE MEMBER(
   ID VARCHAR(50) NOT NULL PRIMARY KEY,
   NAME VARCHAR(30) NOT NULL,
   AGE INT NOT NULL,
   DESCRIPTION VARCHAR(150)
   );
   */
 }
}

如果对反射比较熟悉的同学,上述代码就相对简单了,我们通过传递Member的全路径后通过Class.forName()方法获取到Member的class对象,然后利用Class对象中的方法获取所有成员字段Field,最后利用field.getDeclaredAnnotations()遍历每个Field上的注解再通过注解的类型判断来构建建表的SQL语句。这便是利用注解结合反射来构建SQL语句的简单的处理器模型,是否已回想起hibernate? [b]Java 8中注解增强[/b] [b]元注解@Repeatable[/b] 元注解@Repeatable是JDK1.8新加入的,它表示在同一个位置重复相同的注解。在没有该注解前,一般是无法在同一个类型上使用相同的注解的
//Java8前无法这样使用
@FilterPath("/web/update")
@FilterPath("/web/add")
public class A {}
Java8前如果是想实现类似的功能,我们需要在定义@FilterPath注解时定义一个数组元素接收多个值如下
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface FilterPath {
  String [] value();
}

//使用
@FilterPath({"/update","/add"})
public class A { }
但在Java8新增了@Repeatable注解后就可以采用如下的方式定义并使用了
package com.zejian.annotationdemo;

import java.lang.annotation.*;

/**
 * Created by zejian on 2017/5/20.
 */
//使用Java8新增@Repeatable原注解
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.FIELD,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Repeatable(FilterPaths.class)//参数指明接收的注解class
public @interface FilterPath {
  String value();
}

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface FilterPaths {
  FilterPath[] value();
}

//使用案例
@FilterPath("/web/update")
@FilterPath("/web/add")
@FilterPath("/web/delete")
class AA{ }

我们可以简单理解为通过使用@Repeatable后,将使用@FilterPaths注解作为接收同一个类型上重复注解的容器,而每个@FilterPath则负责保存指定的路径串。为了处理上述的新增注解,Java8还在AnnotatedElement接口新增了getDeclaredAnnotationsByType() 和 getAnnotationsByType()两个方法并在接口给出了默认实现,在指定@Repeatable的注解时,可以通过这两个方法获取到注解相关信息。但请注意,旧版API中的getDeclaredAnnotation()和 getAnnotation()是不对@Repeatable注解的处理的(除非该注解没有在同一个声明上重复出现)。注意getDeclaredAnnotationsByType方法获取到的注解不包括父类,其实当 getAnnotationsByType()方法调用时,其内部先执行了getDeclaredAnnotationsByType方法,只有当前类不存在指定注解时,getAnnotationsByType()才会继续从其父类寻找,但请注意如果@FilterPath和@FilterPaths没有使用了@Inherited的话,仍然无法获取。下面通过代码来演示:
/**
 * Created by zejian on 2017/5/20.
 */
//使用Java8新增@Repeatable原注解
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.FIELD,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Repeatable(FilterPaths.class)
public @interface FilterPath {
  String value();
}


@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface FilterPaths {
  FilterPath[] value();
}

@FilterPath("/web/list")
class CC { }

//使用案例
@FilterPath("/web/update")
@FilterPath("/web/add")
@FilterPath("/web/delete")
class AA extends CC{
  public static void main(String[] args) {

    Class<?> clazz = AA.class;
    //通过getAnnotationsByType方法获取所有重复注解
    FilterPath[] annotationsByType = clazz.getAnnotationsByType(FilterPath.class);
    FilterPath[] annotationsByType2 = clazz.getDeclaredAnnotationsByType(FilterPath.class);
    if (annotationsByType != null) {
      for (FilterPath filter : annotationsByType) {
        System.out.println("1:"+filter.value());
      }
    }

    System.out.println("-----------------");

    if (annotationsByType2 != null) {
      for (FilterPath filter : annotationsByType2) {
        System.out.println("2:"+filter.value());
      }
    }


    System.out.println("使用getAnnotation的结果:"+clazz.getAnnotation(FilterPath.class));


    /**
     * 执行结果(当前类拥有该注解FilterPath,则不会从CC父类寻找)
     1:/web/update
     1:/web/add
     1:/web/delete
     -----------------
     2:/web/update
     2:/web/add
     2:/web/delete
     使用getAnnotation的结果:null
     */
  }
}

从执行结果来看如果当前类拥有该注解@FilterPath,则getAnnotationsByType方法不会从CC父类寻找,下面看看另外一种情况,即AA类上没有@FilterPath注解
/**
 * Created by zejian on 2017/5/20.
 */
//使用Java8新增@Repeatable原注解
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.FIELD,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Inherited //添加可继承元注解
@Repeatable(FilterPaths.class)
public @interface FilterPath {
  String value();
}


@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Inherited //添加可继承元注解
@interface FilterPaths {
  FilterPath[] value();
}

@FilterPath("/web/list")
@FilterPath("/web/getList")
class CC { }

//AA上不使用@FilterPath注解,getAnnotationsByType将会从父类查询
class AA extends CC{
  public static void main(String[] args) {

    Class<?> clazz = AA.class;
    //通过getAnnotationsByType方法获取所有重复注解
    FilterPath[] annotationsByType = clazz.getAnnotationsByType(FilterPath.class);
    FilterPath[] annotationsByType2 = clazz.getDeclaredAnnotationsByType(FilterPath.class);
    if (annotationsByType != null) {
      for (FilterPath filter : annotationsByType) {
        System.out.println("1:"+filter.value());
      }
    }

    System.out.println("-----------------");

    if (annotationsByType2 != null) {
      for (FilterPath filter : annotationsByType2) {
        System.out.println("2:"+filter.value());
      }
    }


    System.out.println("使用getAnnotation的结果:"+clazz.getAnnotation(FilterPath.class));


    /**
     * 执行结果(当前类没有@FilterPath,getAnnotationsByType方法从CC父类寻找)
     1:/web/list
     1:/web/getList
     -----------------
     使用getAnnotation的结果:null
     */
  }
}

注意定义@FilterPath和@FilterPath时必须指明@Inherited,getAnnotationsByType方法否则依旧无法从父类获取@FilterPath注解,这是为什么呢,不妨看看getAnnotationsByType方法的实现源码:
//接口默认实现方法
default <T extends Annotation> T[] getAnnotationsByType(Class<T> annotationClass) {
//先调用getDeclaredAnnotationsByType方法
T[] result = getDeclaredAnnotationsByType(annotationClass);

//判断当前类获取到的注解数组是否为0
if (result.length == 0 && this instanceof Class && 
//判断定义注解上是否使用了@Inherited元注解 
 AnnotationType.getInstance(annotationClass).isInherited()) { // Inheritable
    //从父类获取
    Class<?> superClass = ((Class<?>) this).getSuperclass();
  if (superClass != null) {
   result = superClass.getAnnotationsByType(annotationClass);
    }
  }

  return result;
}

[b]新增的两种ElementType[/b] 在Java8中 ElementType 新增两个枚举成员,TYPE_PARAMETER 和 TYPE_USE ,在Java8前注解只能标注在一个声明(如字段、类、方法)上,Java8后,新增的TYPE_PARAMETER可以用于标注类型参数,而TYPE_USE则可以用于标注任意类型(不包括class)。如下所示
//TYPE_PARAMETER 标注在类型参数上
class D<@Parameter T> { }

//TYPE_USE则可以用于标注任意类型(不包括class)
//用于父类或者接口
class Image implements @Rectangular Shape { }

//用于构造函数
new @Path String("/usr/bin")

//用于强制转换和instanceof检查,注意这些注解中用于外部工具,它们不会对类型转换或者instanceof的检查行为带来任何影响。
String path=(@Path String)input;
if(input instanceof @Path String)

//用于指定异常
public Person read() throws @Localized IOException.

//用于通配符绑定
List<@ReadOnly ? extends Person>
List<? extends @ReadOnly Person>

@NotNull String.class //非法,不能标注class
import java.lang.@NotNull String //非法,不能标注import
这里主要说明一下TYPE_USE,类型注解用来支持在Java的程序中做强类型检查,配合第三方插件工具(如Checker Framework),可以在编译期检测出runtime error(如UnsupportedOperationException、NullPointerException异常),避免异常延续到运行期才发现,从而提高代码质量,这就是类型注解的主要作用。总之Java 8 新增加了两个注解的元素类型ElementType.TYPE_USE 和ElementType.TYPE_PARAMETER ,通过它们,我们可以把注解应用到各种新场合中。 ok~,关于注解暂且聊到这,实际上还有一个大块的知识点没详细聊到,源码级注解处理器,这个话题博主打算后面另开一篇分析。 以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持编程素材网。
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