注解

本节介绍Java程序的一种特殊“注释”—-注解（Annotation）。

使用注解

什么是注解？注解是放在Java源码的类、方法、字段、参数前的一种特殊的“注释”。注释会被编译器直接忽略，注解则可以被编译器打包进class文件，因此，注解是一种用作标注的“元数据”。

注解的作用

从JVM的角度看，注解本身对代码逻辑没有任何影响，如何使用注解完全由工具决定。

Java的注解可以分为三类：

第一类是由编译器使用的注解，例如：

• @Override：让编译器检查该方法是否正确实现了覆写
• @Suppress：告诉编译器忽略此处代码产生的警告

这类注解不会被编译进.class文件，它们在编译后就被编译器扔掉了。

第二类是由工具处理.class文件使用的注解，比如有些工具会在加载class的时候，对class做动态修改，实现一些特殊功能。这类注解会被编译进.class文件，但加载结束后并不会存在于内存中。这类注解只被一些底层库使用，一般我们不必自己处理。

第三类是在程序运行期能够读取的注解，它们在加载后一直存在于JVM中，这也是最常用的注解。例如，一个配置了@PostConstructor的方法会在调用构造方法后被自动调用（这是Java代码读取该注解实现的功能，JVM并不会识别该注解）。

定义一个注解时，还可以定义配置参数。配置参数包括：

• 所有基本类型
• String
• 枚举类型
• 基本类型、String、Class以及枚举的数组

因为配置参数必须是常量，所以，上述限制保证了注解在定义时就已经确定了每个参数的值。

注解的配置参数可以有默认值，缺少某个配置参数时将使用默认值。

此外，大部分注解会有一个名为value的配置参数，对此参数赋值，可以只写常量，相当于省略了value参数。

如果只写注解，相当于全部使用默认值。举个例子。

public class Hello {
    @Check(min=0, max=100, value=55)
    public int n;

    @Check(value=99)
    public int p;

    @Check(99) // @Check(value=99)
    public int x;

    @Check
    public int y;
}

@Check就是一个注解。第一个@Check(min=0, max=100, value=55)明确定义了三个参数，第二个@Check(value=99)只定义了一个value参数，它实际上和@Check(99)是完全一样的。最后一个@Check表示所有参数都使用默认值。

定义注解

Java语言使用@interface语法来定义注解，它的格式如下：

public @interface Report {
    int type() default 0;
    String level() default "info";
    String value() default "";
}

注解的参数类似无参数方法，可以用default设定一个默认值（强烈推荐）。最常用的参数应当命名为value。

元注解

有一些注解可以修饰其他注解，这些注解就称为元注解（meta annotation）。Java标准库已经定义了一些元注解，我们只需要使用元注解，通常不需要自己去编写元注解。

@Target

最常用的元注解是@Target。使用@Target可以定义Annotation，应用于以下位置。

• 类或接口：ElementType.TYPE
• 字段：ElementType.FIELD
• 方法：ElementType.METHOD
• 构造方法：ElementType.CONSTRUCTOR
• 方法参数：ElementType.PARAMETER

例如，定义注解@Report用在方法上，我们必须添加一个@Target(ElementType.METHOD)：

@Target(ElementType.METHOD)
public @interface Report {
    int type() default 0;
    String level() default "info";
    String value() default "";
}

定义注解@Report可用在方法或字段上，可以把@Target注解参数变为数组{ElementType.METHOD, ElementType.FIELD}：

@Target({
    ElementType.METHOD,
    ElementType.FIELD
})
public @interface Report {
    ...
}

实际上，@Target定义的value是ElementType[]数组，只有一个元素时，可以省略数组的写法。

@Retention

@Retention定义了Annotation的生命周期。

• 仅编译器：RetentionPolicy.SOURCE
• 仅class文件：RetentionPolicy.CLASS
• 运行期：RetentionPolicy.RUNTIME

如果@Retention不存在，则该Annotation默认为CLASS。因为通常我们自定义的Annotation都是RUNTIME，所以务必要加上@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)这个元注解。

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Report {
    int type() default 0;
    String level() default "info";
    String value() default "";
}

@Repeatable

使用@Repeatable这个元注解可以定义Annotation是否可重复。这个注解应用不是特别广泛。

@Repeatable(Reports.class)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Report {
    int type() default 0;
    String level() default "info";
    String value() default "";
}

@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Reports {
    Report[] value();
}

经过@Repeatable修饰后，在某个类型声明处，就可以添加多个@Report注解。

@Report(type=1, level="debug")
@Report(type=2, level="warning")
public class Hello {
}

@Inherited

使用@Inherited定义子类是否可继承父类定义的Annotation。@Inherited仅针对@Target(ElementType.TYPE)类型的annotation有效，并且仅针对class的继承，对interface的继承无效。

@Inherited
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Report {
    int type() default 0;
    String level() default "info";
    String value() default "";
}

在使用时，如果一个类用到了@Report：

@Report(type=1)
public class Person {
}

则它的子类默认也定义了该注解：

public class Student extends Person {
}

如何定义Annotation

第一步，用@interface定义注解：

public @interface Report {
}

第二步，添加参数、默认值，把最常用的参数定义为value()，推荐所有参数都尽量设置默认值。

public @interface Report {
    int type() default 0;
    String level() default "info";
    String value() default "";
}

第三步，用元注解配置注解：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Report {
    int type() default 0;
    String level() default "info";
    String value() default "";
}

其中，必须设置@Target和@Retention，@Retention一般设置为RUNTIME，因为我们自定义的注解通常要求在运行期读取。一般情况下，不必写@Inherited和@Repeatable。

处理注解

Java的注解本身对代码逻辑没有任何影响。根据@Retention的配置：

• SOURCE类型的注解在编译期就被丢掉了；
• CLASS类型的注解仅保存在class文件中，它们不会被加载进JVM；
• RUNTIME类型的注解会被加载进JVM，并且在运行期可以被程序读取。

如何使用注解完全由工具决定。SOURCE类型的注解主要由编译器使用，因此我们一般只使用，不编写。CLASS类型的注解主要由底层工具库使用，涉及到class的加载，一般我们很少用到。只有RUNTIME类型的注解不但要使用，还经常需要编写。

因此，我们只讨论如何读取RUNTIME类型的注解。

注解定义后也是一种class，所有的注解都继承自java.lang.annotation.Annotation，因此，读取注解需要使用反射API。

Java提供的使用反射API读取Annotation的方法包括：

判断某个注解是否存在于Class、Field、Method或Constructor：

• Class.isAnnotationPresent(Class)
• Field.isAnnotationPresent(Class)
• Method.isAnnotationPresent(Class)
• Constructor.isAnnotationPresent(Class)

例如：

// 判断@Report是否存在于Person类:
Person.class.isAnnotationPresent(Report.class);

使用反射API读取Annotation：

• Class.getAnnotation(Class)
• Field.getAnnotation(Class)
• Method.getAnnotation(Class)
• Constructor.getAnnotation(Class)

例如：

// 获取Person定义的@Report注解:
Report report = Person.class.getAnnotation(Report.class);
int type = report.type();
String level = report.level();

使用反射API读取Annotation有两种方法。

方法一是先判断Annotation是否存在，如果存在，就直接读取。

Class cls = Person.class;
if (cls.isAnnotationPresent(Report.class)) {
    Report report = cls.getAnnotation(Report.class);
    ...
}

方法二是直接读取Annotation，如果Annotation不存在，将返回null。

Class cls = Person.class;
Report report = cls.getAnnotation(Report.class);
if (report != null) {
   ...
}

读取方法、字段和构造方法的Annotation和Class类似。但是读取方法参数的Annotation就比较麻烦一点，因为方法参数本身可以看成一个数组，而每个参数又可以定义多个注解，所以一次性获取方法参数的所有注解就必须用一个二维数组来表示。

使用注解

注解如何使用，完全由程序自己决定。例如，JUint是一个测试框架，它会自动运行所有标记为@Test的方法。

我们来看一个@Range注解，我们希望用它来定义一个String字段的规则：字段长度满足@Range的参数定义。

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.FIELD)
public @interface Range {
    int min() default 0;
    int max() default 255;
}

在某个JavaBean中，我们可以使用该注解：

public class Person {
    @Range(min=1, max=20)
    public String name;

    @Range(max=10)
    public String city;
}

但是，定义了注解，本身对程序逻辑没有任何影响。我们必须自己编写代码来使用注解。这里我们编写一个Person实例的检查方法，它可以检查Person实例的String字段长度是否满足@Range的定义。

void check(Person person) throws IllegalArgumentException, ReflectiveOperationException {
    // 遍历所有Field:
    for (Field field : person.getClass().getFields()) {
        // 获取Field定义的@Range:
        Range range = field.getAnnotation(Range.class);
        // 如果@Range存在:
        if (range != null) {
            // 获取Field的值:
            Object value = field.get(person);
            // 如果值是String:
            if (value instanceof String) {
                String s = (String) value;
                // 判断值是否满足@Range的min/max:
                if (s.length() < range.min() || s.length() > range.max()) {
                    throw new IllegalArgumentException("Invalid field: " + field.getName());
                }
            }
        }
    }
}

这样一来，我们通过@Range注解，配合check()方法，就可以完成Person实例的检查。注意检查逻辑完全是我们自己编写的，JVM不会自动给注解添加任何额外的逻辑。