深入浅出注解，框架设计的基础

何为注解

注解（Annotation）是 Java 中的一个类型，通俗地理解就像一个标签，贴在了代码上。众所周知，Spring 支持大量注解，基于注解可以完成 Bean 的注入和生命周期管理，注解也是取代 xml 配置的一种方法。使用注解可以把元数据和源代码绑定在一起，可以用于描述代码无法描述的信息，并在编译或运行中使用。

在 Java 中使用注解非常简单，比如我们可以定义一个用于标记类型的注解，并根据这个注解从 Spring 中提取出相应的 Bean。在这段代码中，我们使用了 Java 自带的注解 @Retention、@Override，Spring 提供的注解 @Service、@PostConstruct，以及自定义的注解 @MyAnnotation。

@Service
@MyAnnotation
public class TestAnnotation implements ApplicationContextAware {
    ApplicationContext context;

    //定义一个注解
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @interface MyAnnotation{}

    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext context) throws BeansException {
        this.context = context;
    }

    @PostConstruct
    private void init(){
        Map<String, Object> beans = context.getBeansWithAnnotation(MyAnnotation.class);
        System.out.println("找到 bean " + beans.keySet());
    }
}

定义注解

定义注解非常像定义接口，在 interface 关键词前面加了一个 @。实际上，注解类型与其他类型一样，最终也是编译成 class 文件。定义注解需要用到一些元注解，这些元注解是 Java 语言提供的，用来定义注解的一些特性。

元注解 @Inherited 用于声明该注解支持子类继承父类中的注解。

元注解 @Documented 用于声明该注解需要包含到 Javadoc 中。

元注解 @Retention 定义注解的级别，可选值定义在 RetentionPolicy 枚举类，包括运行时（RUNTIME）、类文件（CLASS）、源代码（SOURCE）。

元注解 @Target 定义注解的使用范围，值的类型是 ElementType 枚举值。注解的使用范围可以设置一个或多个，常用的有 ElementType.TYPE 表示用于 Java 类、ElementType.METHOD 表示用于 Java 方法、ElementType.FIELD 表示用于类的字段、ElementType.PARAMETER 表示用于方法的参数。

注解支持定义元素，定义的形式有点类似方法定义，并可以使用 default 设置默认值。如下代码中定义的值为 value，获取值调用 value() 即可，如果使用时没有给出值则默认值为 test。需要注意的是注解的默认值不能是 null，最终一定会有一个值。如果需要表示值不存在，需要自己定义一个特殊值来表示。

注解的元素类型支持基本类型、String、Class、enum、Annotation 以及这些类型的数组。

//定义一个注解
@Inherited
@Documented
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyAnnotation2 {
    String value() default "test";
}

从 Java 8 开始，新增了元注解 @Repeatable，用于表示注解可以有多个值。如下的代码 SingleAnnotation 可以有多个值，使用 @Repeatable 声明了多个值合并为注解 @RepeatAnnotation。这种情况下，@RepeatAnnotation 的元素必须有 value，且类型必须为 SingleAnnotation 数组，才能进行聚合。

使用时，@SingleAnnotation 可以定义多次给出多个不同的值，解析注解时则需要按照 @RepeatAnnotation 进行解析。关于注解的解析，请参考后文注解处理器。

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@interface RepeatAnnotation {
    SingleAnnotation[] value();
}

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Repeatable(RepeatAnnotation.class)
@interface SingleAnnotation{
    String value();
}

@SingleAnnotation("hello")
@SingleAnnotation("world")
public class RepeatAnnotationTest{
    public static void main(String[] args){
        RepeatAnnotation annotation = RepeatAnnotationTest.class.getAnnotation(RepeatAnnotation.class);
        for (SingleAnnotation singleAnnotation : annotation.value()) {
            System.out.println(singleAnnotation.value());
        }
    }
}

Java 中的注解不支持继承，因此不能使用 extends 关键字。但是注解可以进行嵌套，也就是一个注解的值是另一个注解。如下的代码中，MyAnnotation3 注解的第二个值类型为 MyAnnotation2，使用时对第二个值赋值一样需要按照注解的格式写为 @MyAnnotation2("world")。

public @interface MyAnnotation3 {
    String value() default "test";
    MyAnnotation2 annotation();
}

@MyAnnotation3(value = "hello"
    ,annotation = @MyAnnotation2("world"))
private void test2(){}

注解处理器

定义注解以后需要编写注解处理器，才能发挥注解的作用。在最开始的例子中，我们定义的注解处理器从 Spring 上下文中找出所有使用了注解 MyAnnotation 的 Java Bean，然后打印出这些 Bean 的名字。

@PostConstruct
private void init(){
    Map<String, Object> beans = context.getBeansWithAnnotation(MyAnnotation.class);
    System.out.println("找到 bean " + beans.keySet());
}

在 Java 中可以通过反射很方便地处理注解。对于 Class 上面的注解，可以通过 Class 的方法获取所有注解或指定注解，如下所示。

//获取类型的所有注解
TestAnnotation.class.getAnnotations();
TestAnnotation.class.getDeclaredAnnotations();
//获取类型的指定注解
TestAnnotation.class.getAnnotation(MyAnnotation.class);
TestAnnotation.class.getDeclaredAnnotation(MyAnnotation.class);

对于方法上的注解，可以通过 Method 的方法获取所有注解或指定注解，如下所示。Method 还提供了 getParameterAnnotations() 来获取方法参数上面的所有注解，每个参数的注解都是一个数组，返回值为二维数组。

Method init = TestAnnotation.class.getDeclaredMethod("init");
//获取方法的所有注解
init.getAnnotations();
init.getDeclaredAnnotations();
//获取方法的指定注解
init.getAnnotation(PostConstruct.class);
init.getDeclaredAnnotation(PostConstruct.class);
//获取方法的参数的所有注解，返回二维数组
init.getParameterAnnotations();

对注解进行处理时，注解可以当做普通的变量对待。如下代码所示，annotation 是一个注解类型的变量，与普通变量区别不大，可以有类型定义，值也可以是 null。但是读取注解的值时，需要调用方法，如 annotation.value()。

MyAnnotation2 annotation = TestAnnotation.class.getAnnotation(MyAnnotation2.class);
if(annotation != null){
    System.out.println(annotation.value());
}

结语

关于 Java 注解，本文只覆盖这些内容。注解是一个被广泛使用的特性，如 Java 本身的 @Override、Spring 中的 @Service @Autowired、MyBatis 中的 @Insert @Update 等。基于注解，实现了对代码的自动化处理，如扫描和自动注入 JavaBean，大大简化了 Java 程序员的开发工作。正因如此，我们不仅需要了解常用的注解使用方式，还需要深入理解注解背后的工作原理。

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