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高级工程师-Java注解

前言

代码，就是我们身为程序员的名片。

简洁，优雅，统一，是我们的追求。

优秀的代码，会给浏览者一种艺术的美感。如DL大神的JUC包，感兴趣的小伙伴，可以研究一下。

那么日常中，各位看到的优秀代码，有着哪些特点呢？充分利用的工具类（lang3，lombok，Validation等等），完善的注解，统一的代码规范等等。还有的，就是Java语言的诸多高级特性（lambda，stream，io等）。

Java语言中，有三个特性，是高级工程师不可或缺的：

注解
反射
泛型

如果代码中，存在这些东西，那么即使应用得还不够合理，也能够从侧面证明这位程序员的技术追求。

这三点是初级工程师很难掌握的，因为缺乏了解与需求（或者说想不到对应的需求）。而高级工程师为了给出更加具有通用性，业务无侵入的代码，就常常需要与这些特性打交道。

在不断积累后的今天，我觉得我可以尝试写一写自己对这些特性的认识了。

今天就从注解开始，阐述我对高级工程师的一些编码认识。

简介

我发现很多小伙伴总是在喜欢记忆一些注解的功能，比如表示非空的@NotNull等。

这里，我要从功能与原理角度说明两点：

功能：注解是一种“增强型”的注释。只不过相对于只能给人看的注释，注解可以给电脑（JVM，程序等）看。
原理：注解的底层是Annotation接口的继承者。只不过相对于日常使用的接口，注解需要使用@interface，但是编译的结果依旧是接口继承（如TestAnnotation extend Annotation）。

请大家牢记上面两点，这是有关注解认识的绝对核心。

只要大家抓住这两个角度去认识注解，那么很快就可以成为注解达人。后续很多阐述都会从这两个角度，去为大家解释。如为什么人们常说注解是无法继承的，为什么需要元注解等等。

注解的目录结构

高级工程师-Java注解

其实可以看到，JDK中有关注解的内容很少，非常适合作为三大特性的入门啊。因为注解的实现基础是存在于JVM中的，JDK只是提供了对应的工具。

Annotation接口

上面提到注解的底层是接口，这里以图为证。

高级工程师-Java注解

注意，仔细看这个接口的注释。注释中明确提出，虽然注解的本质是接口。但是直接引用Annotation接口，是无法实现注解功能的。

元注解

简介

通俗来说，元注解就是注解的注解。

首先元注解，是Java自带的预置注解。从这个角度，需要与@XXX修饰的自定义注解进行区分。

站在功能上来说，元注解就是专门修饰注解的“注释”，用来告诉编译器，虚拟机，相关的信息（如运行时间，目标对象）。

站在原理上来说，元注解也是注解，也是使用了@interface（底层依旧是继承Annotation接口）。

不过注解，在底层实现已经继承Annotation接口，那么就无法通过继承接口的方式（Java不支持多重继承），来保存元注解的信息（尤其这个信息往往不止一类）。那么注解的元注解信息是如何保存，并交给计算机的呢？答案就是通过RuntimeVisibleAnnotations进行相关信息的保存的。以下就是对DynamicPropertyVerification注解反编译的结果，重点在于反编译结果的最后一段。

Classfile /D:/IDEA_Project/IdeaProjects/learning/demo/target/classes/tech/jarry/learning/demo/common/anno/DynamicPropertyVerification.class
	  Last modified Apr 12, 2020; size 899 bytes
	  MD5 checksum 72657e8b89f0de070bf7085b0dd975da
	  Compiled from "DynamicPropertyVerification.java"
	public interface tech.jarry.learning.demo.common.anno.DynamicPropertyVerification extends java.lang.annotation.Annotation
	  minor version: 0
	  major version: 52
	  flags: ACC_PUBLIC, ACC_INTERFACE, ACC_ABSTRACT, ACC_ANNOTATION
	Constant pool:
	   #1 = Class              #28            // tech/jarry/learning/demo/common/anno/DynamicPropertyVerification
	   #2 = Class              #29            // java/lang/Object
	   #3 = Class              #30            // java/lang/annotation/Annotation
	   #4 = Utf8               message
	   #5 = Utf8               ()Ljava/lang/String;
	   #6 = Utf8               AnnotationDefault
	   #7 = Utf8               property verification fail
	   #8 = Utf8               groups
	   #9 = Utf8               ()[Ljava/lang/Class;
	  #10 = Utf8               Signature
	  #11 = Utf8               ()[Ljava/lang/Class<*>;
	  #12 = Utf8               payload
	  #13 = Utf8               ()[Ljava/lang/Class<+Ljavax/validation/Payload;>;
	  #14 = Utf8               SourceFile
	  #15 = Utf8               DynamicPropertyVerification.java
	  #16 = Utf8               RuntimeVisibleAnnotations
	  #17 = Utf8               Ljava/lang/annotation/Documented;
	  #18 = Utf8               Ljava/lang/annotation/Target;
	  #19 = Utf8               value
	  #20 = Utf8               Ljava/lang/annotation/ElementType;
	  #21 = Utf8               FIELD
	  #22 = Utf8               Ljava/lang/annotation/Retention;
	  #23 = Utf8               Ljava/lang/annotation/RetentionPolicy;
	  #24 = Utf8               SOURCE
	  #25 = Utf8               Ljavax/validation/Constraint;
	  #26 = Utf8               validatedBy
	  #27 = Utf8               Ltech/jarry/learning/demo/common/anno/DynamicPropertyVerificationValidator;
	  #28 = Utf8               tech/jarry/learning/demo/common/anno/DynamicPropertyVerification
	  #29 = Utf8               java/lang/Object
	  #30 = Utf8               java/lang/annotation/Annotation
	{
	  public abstract java.lang.String message();
	    descriptor: ()Ljava/lang/String;
	    flags: ACC_PUBLIC, ACC_ABSTRACT
	    AnnotationDefault:
	      default_value: s#7
	  public abstract java.lang.Class<?>[] groups();
	    descriptor: ()[Ljava/lang/Class;
	    flags: ACC_PUBLIC, ACC_ABSTRACT
	    AnnotationDefault:
	      default_value: []Signature: #11       // ()[Ljava/lang/Class<*>;
	
	  public abstract java.lang.Class<? extends javax.validation.Payload>[] payload();
	    descriptor: ()[Ljava/lang/Class;
	    flags: ACC_PUBLIC, ACC_ABSTRACT
	    AnnotationDefault:
	      default_value: []Signature: #13       // ()[Ljava/lang/Class<+Ljavax/validation/Payload;>;
	}
	SourceFile: "DynamicPropertyVerification.java"
	RuntimeVisibleAnnotations:
	  0: #17()
	  1: #18(#19=[e#20.#21])
	  2: #22(#19=e#23.#24)
	  3: #25(#26=[c#27])

最后一段，通过RuntimeVisibleAnnotations，保存了所需要的元注解信息。

如果对JVM底层原理有了解的小伙伴，应该对RuntimeVisibleAnnotations不陌生。不了解的小伙伴，可以查看 Class RuntimeVisibleAnnotations

预置注解

元注解

元注解是Java自带的，主要分为：

@Rentention：表示目标注解的保持策略。其value为RetentionPolicy。如果目标注解没有使用该注解，则默认使用RetentionPolicy.CLASS
@Target：表示目标注解的应用目标类型。其value为ElementType。如果目标注解没有使用该注解，则目标注解可以用于除了TYPE_PARAMETER和TYPE_USE以外的任何地方（这两个类型都是Java8新添加的）。
@Documented：表示目标注解可以出现在JavaDoc中。
@Repeatable：表示目标注解可以在同一位置，重复使用。
@Inherited：表示目标注解可以随着所修饰的类的继承关系，被子类继承。

@Retention

源码：

@Documented
	@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
	@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
	public @interface Retention {
	    /**
	     * Returns the retention policy.
	     * @return the retention policy
	     */
	    RetentionPolicy value();
	}

通过RetentionPolicy枚举表示目标注解的保持策略。

public enum RetentionPolicy {
	    /**
	     * 目标注解会在编译期丢失
	     */
	    SOURCE,
	
	    /**
	     * 默认行为。虽然目标注解会通过编译，保存至.class文件中，但是JVM不会在运行时识别该注解。
	     */
	    CLASS,
	
	    /**
	     * 常用行为。目标注解会保存至.class文件中，JVM会在运行时识别，并记录该注解。所以可以通过反射获取对应的信息。
	     * 详见 java.lang.reflect.AnnotatedElement
	     */
	    RUNTIME
	}

为了便于大家理解，这里再举一些例子。这里挑选一些Java自带的，不用大家再去自己写demo，增加认知负荷：

@Retention（RetentionPolicy.SOURCE)：如@Override注解，由于该注解只是用于进行代码检测，所以只要存在于源码中即可，故选择RetentionPolicy.SOURCE。类似的还有@SuppressWarnings注解等。
@Retention（RetentionPolicy.CLASS)：涉及注解处理器，所以实例很少。可以查看自定义注解之编译时注解(RetentionPolicy.CLASS)（一）。
@Retention（RetentionPolicy.RUNTIME)：如@Deprecated，由于该注解需要在运行时提示用户注解修饰的方法，类等已经过时，所以需要JVM中有对应“注释”信息，故采用RetentionPolicy.RUNTIME。类似的还有@Repeatable等。

@Target

@Documented
	@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
	@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
	public @interface Target {
	    /**
	     * Returns an array of the kinds of elements an annotation type
	     * can be applied to.
	     * @return an array of the kinds of elements an annotation type
	     * can be applied to
	     */
	    ElementType[] value();
	}

通过ElementType枚举表示目标注解的应用目标类型。

public enum ElementType {
	    /** 类，接口（包括注解，即Annotation接口），或者枚举类型 */
	    TYPE,
	
	    /** 属性 (包括枚举常量，枚举常量示例：Retention.SOURCE) */
	    FIELD,
	
	    /** 方法 */
	    METHOD,
	
	    /** 形参（形式参数） */
	    PARAMETER,
	
	    /** 构造器 */
	    CONSTRUCTOR,
	
	    /** 本地变量 */
	    LOCAL_VARIABLE,
	
	    /** 注解类型 */
	    ANNOTATION_TYPE,
	
	    /** 包 */
	    PACKAGE,
	
	    /**
	     * 类型参数（针对数据类型）
	     * @since 1.8
	     */
	    TYPE_PARAMETER,
	
	    /**
	     * 类型（功能域包含PARAMETER与TYPE_PARAMETER）
	     * @since 1.8
	     */
	    TYPE_USE
	}

这里不会一一举例，只会点出重点：

TYPE_PARAMETER与TYPE_USE是Java8新增加的。所以使用Java7的小伙伴要注意。
ElementType.TYPE涵盖范围很广泛，在不知用哪个时，可以先用这个。

@Documented

默认情况下，注解是不出现在 javadoc 中的。通过给目标注解加上 @Documented 元注解，能使目标注解出现在 javadoc 中。

高级工程师-Java注解

从源码可以看出，@Documented是一个没有任何成员的标记注解。

@Repeatable

高级工程师-Java注解

@Repeatable注解的使用，引用一个不错的 demo 。

package com.zejian.annotationdemo;
	import java.lang.annotation.*;/**
	* Created by zejian on 2017/5/20.
	*/
	@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/update")
	@FilterPath("/web/add")
	@FilterPath("/web/delete")

上述代码，其实分为两个部分：

使用@Repeatable注解，使得其修饰的@FilterPath，可以在目标上重复标记（便于设置不同的成员变量）。
通过@FilterPaths注解（包含成员变量-FilterPath[] value ()），将@FilterPath集中到@FilterPaths中，便于后续逻辑处理。

@Inherited

@Inherited同样是只能修饰注解的元注解，它所标注的目标注解具有继承性。

这里解释一下这个继承性，这并不是注解间的继承。而是指目标注解可以随着类的继承，而被子类继承。简单说，就是目标注解修饰的类，其后代类也会被该注解标注（可以通过getAnnotation方法获取）。

高级工程师-Java注解

这里不再赘述，感兴趣的小伙伴，可以查看 Java 注解（Annotation）中的相关示例。

功能注解

Java预置的功能注解，主要分为：

@Override：该注解修饰的目标方法，必须是重写基类方法，或实现对应接口方法，否则编译器会报错。
@Deprecated：该注解修饰的目标，表示已经过时，不推荐使用。编码时，使用该注解的目标，会有划线提示。
@SuppressWarnings：该注解修饰的目标，将会忽略某些异常（由注解的value指定），从而通过编译器编译。
@SafeVarargs：该注解修饰的构造函数（只能修饰构造函数），将会忽略可变参数带来的警告。该注解于Java7引入。
@FunctionalInterface：该注解修饰的接口，为函数式接口。如java.util.function下的Consumer 接口，作为一个函数式接口，被该注解修饰（函数式接口不一定有该注解修饰，但被该注解修饰的接口，一定是函数式接口）。

自定义注解

到了这里，大家应该对注解不再陌生了。

而在日常开发中，我们常常需要自定义开发一些注解。

自定义注解分为以下步骤：

[必选] 使用@interface来构建自定义注解。一般在创建自定义注解的同时，就达成了该要求。
[可选] 使用@Target元注解。通过该注解，确定自定义注解的作用目标类型。注意：如果目标注解没有使用该注解，则目标注解可以用于除了TYPE_PARAMETER和TYPE_USE以外的任何地方（这两个类型都是Java8新添加的）。
[可选] 使用@Retention元注解。通过该注解，明确自定义注解的生命周期，或者说自定义注解作用域。如果目标注解没有使用该注解，则默认使用RetentionPolicy.CLASS
[可选] 添加成员变量。格式为“long value() default 1000L;”，与Java8的接口成员变量非常类似。注意：注解的成员变量只能采用无参方法表示。并且注解的成员变量，只能采用基本数据类型(char，boolean,byte、short、int、long、float、double)和String、Enum、Class、annotations数据类型,以及这一些类型的数组。
[可选] 使用自定义注解。自定义注解的使用领域很多，主要分为两个方向：
- 利用已有框架，不需要自己实现相关逻辑，自定义注解多作为标记注解。如配合SpringBoot的注解，形成自己的注解（相关的逻辑由SpringBoot自己处理）
- 利用已有框架，需要自己实现部分逻辑（不涉及反射），但需要关联已有框架，并实现对应接口。如Validation框架的自定义校验注解，感兴趣的小伙伴，可以查看我之前写的Validation框架的应用。
- 可选择已有框架，需要自己实现诸多逻辑。如在AOP中，我们常常需要通过反射，获取自定义注解的信息（如参数等），或者自定义注解修饰的目标的信息（如参数，方法名等）。这部分，我会在后续的反射部分详细说明。

总结

简单总结一下，本文主要描述了：

注解是什么：增强型的注释，本质是接口
元注解是什么：注解的注解，作用是为了标识目标注解。包括@Target，@Retention，@Documented，@Repeatable,@Inherited.
预置注解是什么：JDK自带的经典功能注解，如@Override，@Deprecated，@SuppressWarnings，@SafeVarargs，@FunctionalInterface。
自定义注解如何实现：主要分为五步，但是其中必要的步骤，就一步：使用@interface来构建自定义注解。

至此，Java注解的内容就基本展现了。

最后，还是强调两个方面：