Java注解技术

1. 注解的简介

从JDK 5开始，Java增加了对元数据（MetaData）的支持，也就是注解（Annotation）。

注解就是代码里的特殊标记，这些标记可以在编译、类加载、运行时被读取，并执行相应的处理。

注解提供了一种为程序元素（包、类、构造器、方法、成员变量等）设置元数据的方法，从某些方面来看，注解就像修饰符一样，可用于修饰包、类、构造器、方法、成员变量、参数、局部变量。

通过使用注解，开发人员可以在不改变原有逻辑的情况下，在源文件中嵌入一些补充信息，代码分析工具、开发工具和部署工具可以通过这些补充信息进行验证或进行部署。

值得指出的是，如果希望让程序中的注解在编译时起作用，只有通过某种配套的工具对注解中的信息进行访问和处理。访问和处理注解的工具统称为APT，即Annotation Processing Tool。可以将此APT注解处理工具理解成一套用于获取并处理注解的程序代码。没有使用APT注解处理工具处理过的注解，在程序中是不会起任何作用的。

另外注解除了用来描述注解这一概念之外，它还表示一个接口。Java代码中，通过@interface定义的注解类型都默认实现了Annotation接口，通过反射获取的注解就是一个Annotation对象。

package java.lang.annotation;
public interface Annotation {// 返回注解对象的实际类型（即是哪个Annotation接口的实现类）Class<? extends Annotation> annotationType(); 
}

在Java代码中，对于可以接受注解的程序元素，需要实现AnnotatedElement接口。如Class(类)、Constructor(构造器)、Field(成员变量)、Method(成员方法)、Package(包)，它们都实现了AnnotatedElement接口。

2. 自定义注解

2.1 语法

//定义注解类型@元注解
...
@元注解
public @interface 注解名称 {//定义成员变量成员变量类型 成员变量名() [default 默认值]成员变量类型 成员变量名() [default 默认值]...
}

  1. 使用@interface关键字定义注解类型

  2. 定义注解类型时，还可以通过一个或多个元注解进行修饰

  3. 注解类型可以定义成员变量，也可以不定义成员变量

  4. 成员变量的类型只能是：8种基本数据类型、String、Class、注解类型、枚举类型、以及这些类型的一维数组类型

  5. 成员变量可以通过default关键字设置默认值，设置了默认值的成员变量，在使用注解时可以省略不赋值。

注意： 如果定义注解时，定义了一个名为value的成员变量，并且使用此注解时只需要为此value成员变量赋值，即：

1. 只定义了成员变量`value`
2. 除了`value`之外的其他成员变量在定义时都设置了默认值

如上两种情况下，则使用该注解时可以直接在该注解后的圆括号里指定成员变量value的值，无需使用value=变量值的形式。

此时，若value表示的是一个数组类型，并且指定值时只需要指定一个元素值，则可以不用加花括号。

2.2 自定义注解示例

//1. 定义无成员变量的注解类型
public @interface Annotation0 {
}//2. 定义有成员变量的注解类型
public @interface Annotation1 {String name();int age();  String[] children();Class[] clazzes();
}//3. 定义有成员变量的注解类型，并给部分成员变量设置了默认值
public @interface Annotation2 {String name();int age();String city() default "shenzhen";
}//4. 定义存在一个value成员变量的注解。
//因为成员变量name设置了默认值，所有使用此注解时，可以只给value成员变量赋值
public @interface Annotation3 {String[] value();String name() default "19";
}//5. 定义被多个元注解修饰的注解类型
@Documented  //使用此元注解修饰的注解Annotation4将被javadoc工具提取成文档
@Target({ElementType.FIELD,ElementType.METHOD}) //使用此元注解修饰Annotation4后，Annotation4注解只能用来修饰指定的程序元素：成员变量和方法。
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) //使用此元注解修饰的Annotation4，可以保留到运行时。
public @interface Annotation4 {String name();
}

2.3 使用注解示例

通过@ + 注解类型名 +赋值列表(可省略)的方法使用注解：

@Annotation0
public void method(){
}@Annotation1(name="zengk", age=26, children={"aa", "bb"}, clazzes={Object.class, TestAnnotation1.class})
public void method(){
}//没有对存在默认值的city成员变量赋值
@Annotation2(name="zengk", age=26)
public void method(){
}//@Annotation3(value={"xx","yy"})
@Annotation3({"xx","yyy"})
public void method(){
}//@Annotation3(value={"yy"}) 此方式也可以
//@Annotation3(value="yy") 此方式也可以
//@Annotation3({"yy"}) 此方式也可以
@Annotation3("yy")
public void method(){
}

3. 标记注解&元数据注解

根据注解在定义时是否有成员变量，可以把注解分为两类：

1. 标记注解： 没有定义成员变量的Annotation类型被称为标记。这种注解仅利用自身的存在与否来提供信息。如@Override

2. 元数据注解： 定义了成员变量的Annotation类型，因为他们可以接受更多的元数据，所以也被称为元数据注解。

3.1 元注解

元注解（Meta Annotation）就是用来修饰注解的注解

3.1.1 @Retention

package java.lang.annotation;@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Retention {RetentionPolicy value();
}

@Retention只能用于修饰Annotation类型，用于指定被修饰的Annotation可以保留多长时间。@Retention元注解只定义了一个RetentionPolicy枚举类型的value成员变量，value成员变量的值只有如下三个：

RetentionPolicy.CLASS：编译器把注解信息记录在class文件中，但不会保留到运行时期。因此运行时不可获取注解信息。这是默认值。RetentionPolicy.RUNTIME：编译器把注解信息记录在class文件中，且会保留到运行时期。因此运行时可以通过反射获取注解信息。RetentionPolicy.SOURCE：注解信息只保留在源代码中，编译器直接丢弃这种注解信息。

如果需要通过反射获取某个注解的元数据，则必须使用@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)来修饰此注解类型。

3.1.2 @Target

package java.lang.annotation;@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Target {ElementType[] value();
}

@Target只能用于修饰Annotation类型，用于指定被修饰的Annotation能用于修饰哪些程序元素。@Target元注解只定义了一个ElementType[]数组类型的value成员变量（其中ElementType是枚举类型），value成员变量的值可以是如下几个：

ElementType.TYPE：	指定该策略的Annotation只能修饰类，接口（包括注解类型），枚举定义。
ElementType.FIELD：	指定该策略的Annotation只能修饰成员变量。
ElementType.METHOD：	指定该策略的Annotation只能修饰方法定义。
ElementType.PARAMETER：	指定该策略的Annotation只能修饰参数。
ElementType.CONSTRUCTOR：	指定该策略的Annotation只能修饰构造方法。
ElementType.LOCAL_VARIABLE：	指定该策略的Annotation只能修饰局部变量。
ElementType.ANNOTATION_TYPE：	指定该策略的Annotation只能修饰Annotation。
ElementType.PACKAGE：	指定该策略的Annotation只能修饰包定义。

3.1.3 @Documented

package java.lang.annotation;@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Documented {
}

@Documented用于指定被该元注解修饰的Annotation类将被javadoc工具提取成文档，如果定义Annotation类时使用了@Documented修饰，则所有使用该Annotation修饰的程序元素的API文档中将会包含该Annotation说明

3.1.4 @Inherited

package java.lang.annotation;@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Inherited {
}

@Inheritd用于指定被它修饰的Annotation将具有继承性。如果定义Annotation类时使用了@Inherited修饰，那么当使用该Annotation修饰了某个类，则这个类的子类也将自动被此Annotation修饰。

4. Java中提供的基本Annotation介绍

4.1 @Override

package java.lang;import java.lang.annotation.*;@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Override {
}

@Override用来修饰方法，强制类中的方法必须是重写了父类中的方法。当一个类中的某个方法使用@Override修饰后，则必须保证此类的父类或父接口中定义了一个被该方法重写的方法，否则会编译报错。使用@Override可以避免重写方法时的笔误。

4.2 @Deprecated

package java.lang;import java.lang.annotation.*;
import static java.lang.annotation.ElementType.*;@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(value={CONSTRUCTOR, FIELD, LOCAL_VARIABLE, METHOD, PACKAGE, PARAMETER, TYPE})
public @interface Deprecated {
}

@Deprecated用于表示某个程序元素已过时。当程序元素（如成员变量，方法等）被@Deprecated修饰后的，调用这些程序元素时，编译器将会给出警告。

4.3 @SuppressWarnings

package java.lang;import java.lang.annotation.*;
import static java.lang.annotation.ElementType.*;@Target({TYPE, FIELD, METHOD, PARAMETER, CONSTRUCTOR, LOCAL_VARIABLE})
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface SuppressWarnings {String[] value();
}

@SuppressWarnings修饰某个程序元素后，对于作用在此程序元素上的@SuppressWarning指定的编译器警告会被取消掉。如果某个程序元素被@SuppressWarnings修饰，那么该程序元素范围内的其他程序元素也会被此@SuppressWarnings修饰。例如当一个类被@SuppressWarnings修饰，此类中的某个方法又被另一个@SuppressWarnings修饰，那么对于这两个@SuppressWarnings指定的所有编译器警告，作用在此方法上时都会被取消。

5. 提取注解信息

对于用@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)修饰的运行时注解，可以通过反射提取Annotation中的元数据。由于是运行时才处理注解信息，并且使用了大量的反射技术，所以效率会比较慢。

对于用@Retention(RetentionPolicy.CLASS)或@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)修饰的注解，需要在编译时处理，此时不能使用反射技术，需通过javax.annotation.processing包下的Processor接口来实现一个注解处理器（Annotation Processor），一般采用继承AbstractProcessor的方式定义一个注解处理器。通过使用注解处理器来处理和提取Annotation信息。

5.1 提取运行时注解信息

上文已经提到过，在Java中，通过Annotation对象表示一个注解。所以只有得到注解的Annotation对象才能提取此注解中的元数据。

那么怎么得到Annotation对象呢？上文也有提到，对于可以接受注解的程序元素，需要实现AnnotatedElement接口，而其中的AnnotationElement接口就提供了获取Annotation对象的方法。所以只需要得到AnnotatedElement的实现类对象，就能获取到Annotation对象，从而提取Annotation中的元数据。

而AnnotatedElement的实现类，在上文中也有提到，就是Class、Method、Field、Constructor等这些程序元素在Java中对应的类。于是，我们可以通过反射获取到Class、Constructor、Method、Field这些类的对象。

通过反射提取Annotation中的元数据的步骤总结如下：

1. 通过反射得到Class、Constructor、Method、Field这些实现了AnnotationElement接口的类的对象。2. 通过AnnotationElement实现类对象调AnnotationElement提供的API，获取注解对应的Annotation对象。3. 通过Annotation对象获取到注解的元数据。
5.1.1 AnnotationElement接口的API
/**
* 判断该程序元素上是否存在指定注解类型的注解，存在返回true，否则返回false。
*/
boolean isAnnotationPresent(Class<? extends Annotation> annotationClass);/**
* 返回此程序元素上存在的、指定注解类型的Annotation对象。如果该注解类型的注解不存在，则返回null。
*/
<T extends Annotation> T getAnnotation(Class<T> annotationClass);/**
* 返回该程序元素上存在的所有注解
*/
Annotation[] getAnnotations();/**
* 返回直接修饰该程序元素的所有注解
*/
Annotation[] getDeclaredAnnotations();
5.1.2 代码示例

通过反射处理运行时注解，实现Android中Button按键的点击事件绑定

1. 定义注解类型

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface ButtonAnnotation {int resId();Class<? extends View.OnClickListener> listenClazz();
}

2. 定义注解处理工具

public class ButtonAnnotationProcessTools {public static void process(Object obj){//获取使用了注解的程序元素所在的类的class对象Class clazz = obj.getClass();//因为@ButtonAnnotation只能修饰成员变量，//所以只需变量此类中的成员变量，找到被@ButtonAnnotation修饰的成员变量Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();for (Field field : declaredFields) {//因为后面需要给@ButtonAnnotation修饰的成员变量赋值，//所以对于私有的成员变量，需获取访问权限field.setAccessible(true);//判断成员变量是否被@ButtonAnnotation修饰boolean annotationPresent = field.isAnnotationPresent(ButtonAnnotation.class);if (annotationPresent) {//获取修饰此成员变量的ButtonAnnotation注解对象ButtonAnnotation buttonAnnotation = field.getAnnotation(ButtonAnnotation.class);try {Class fieldType = field.getType();//对Button类型的成员变量，通过注解@ButtonAnnotation中的元数据对其进行赋值和设置点击事件监听if (fieldType.equals(Button.class) && obj instanceof MainActivity){Activity activity = (Activity) obj;//通过@ButtonAnnotation中的资源ID得到view对象View view = activity.findViewById(buttonAnnotation.resId());//通过@ButtonAnnotation中的监听器Class对象，利用反射得到View.OnClickListener对象Class<? extends View.OnClickListener> listenClazz = buttonAnnotation.listenClazz();View.OnClickListener onClickListener =  listenClazz.newInstance();view.setOnClickListener(onClickListener);//给@ButtonAnnotation修饰的成员变量赋值field.set(obj, view);}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}}
}

3. 使用注解对Button类型的成员变量进行赋值并绑定点击事件监听器

public class MainActivity extends AppCompatActivity{@ButtonAnnotation(resId = R.id.btn, listenClazz = ButtonOnClickListener.class)private Button mBtn;@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);setContentView(R.layout.activity_main);//使用注解处理工具对@ButtonAnnotation进行处理ButtonAnnotationProcessTools.process(this);}class ButtonOnClickListener implements View.OnClickListener{@Overridepublic void onClick(View v) {Log.d(TAG, "onclick");}}
}

5.2 提取编译时注解信息

step1. 继承AbstractProcessor类，处理注解

AbstractProcessor实现了Processor接口，继承AbstractProcessor重写process方法处理注解信息

/**
* 在 javax.annotation.processing 包下提供了 AbstractProcessor抽象类
*/
public abstract class AbstractProcessor implements Processor/**
* 重写此方法。返回此注解处理器APT 处理的注解类型
* 返回Set集合包含要处理的注解类型，String表示注解类名（最好使用全路径名）
* Java1.7 以后也可以不重写此方法，通过注解@SupportedAnnotationTypes指定处理的注解类型，
* @SupportedAnnotationTypes的目标程序元素是类，即在自定义的AbstractProcessor子类上使用
*/
public Set<String> getSupportedAnnotationTypes()/**
* 重写此方法，返回处理注解时采用的Java版本
* Java1.7以后也可以不重写此方法，通过注解@SupportedSourceVersion指定Java版本
* @SupportedAnnotationTypes也是作用在自定义的AbstractProcessor子类上
*/
public SourceVersion getSupportedSourceVersion()/**
* 通常不需要重写此方法
*/
public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv)/**
* 重写此方法，处理注解
*/
public abstract boolean process(Set<? extends TypeElement> annotation, RoundEnvironment roundEnv);
5.2.1 相关API

javax.annotation.processing.RoundEnvironment

public interface RoundEnvironment/**
* 获取被注解a修饰的Element集合，此处返回的Element表示的程序元素是类
*/
Set<? extends Element> getElementsAnnotatedWith(Class<? extends Annotation> a);

javax.lang.model.element.Element

Element表示程序元素，可以是包、类、构造器、方法、成员变量等

public interface Element extends javax.lang.model.AnnotatedConstruct/**
* 获取此Element表示的程序元素的名字，如当表示类时，返回的是类名
*/
Name getSimpleName();/**
* 获取修饰此程序元素的注解，参数annotationType指定要获取的注解类型
*/
<A extends Annotation> A getAnnotation(Class<A> annotationType);/**
* 返回此Element所表示的程度元素的类型，如包、类、构造器、方法、成员变量等
*/
ElementKind getKind();/**
* 返回此程序元素范围内包含的程序元素，如类中包含有构造器，方法，成员变量
*/
List<? extends Element> getEnclosedElements();

javax.lang.model.element.ElementKind

public enum ElementKind {PACKAGE,/*--------------Declared types------------*/ENUM,  //An enum typeCLASS,  //A class not described by a more specific kind (like ENUM)ANNOTATION_TYPE,  //An annotation typeINTERFACE,  //An interface not described by a more specific kind (like ANNOTATION_TYPE)/*-------------Declared Variables--------------*/ENUM_CONSTANT,  //An enum constantFIELD,  //A field not described by a more specific kind (like ENUM_CONSTANT)PARAMETER,  //A parameter of a method or constructorLOCAL_VARIABLE, //A local variableEXCEPTION_PARAMETER,  //A parameter of an exception handler/*------------Declared Executables--------------*/METHOD,  //A methodCONSTRUCTOR,  //A constructorSTATIC_INIT,  //A static initializerINSTANCE_INIT,  //An instance initializer/** A type parameter. */TYPE_PARAMETER,  //A type parameterOTHER,  //An implementation-reserved element. This is not the element you are looking for.RESOURCE_VARIABLE;  //A resource variable
}

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