全面剖析java中的注解（Annotation）

1.什么是注解

用一个词就可以描述注解，那就是元数据，即一种描述数据的数据。所以，可以说注解就是源代码的元数据。比如，下面这段代码：

@override
public string tostring() {
 return "this is string representation of current object.";
}

上面的代码中，我重写了tostring()方法并使用了@override注解。但是，即使我不使用@override注解标记代码，程序也能够正常执行。那么，该注解表示什么？这么写有什么好处吗？事实上，@override告诉编译器这个方法是一个重写方法(描述方法的元数据)，如果父类中不存在该方法，编译器便会报错，提示该方法没有重写父类中的方法。如果我不小心拼写错误，例如将tostring()写成了tostrring(){double r}，而且我也没有使用@override注解，那程序依然能编译运行。但运行结果会和我期望的大不相同。现在我们了解了什么是注解，并且使用注解有助于阅读程序。

annotation是一种应用于类、方法、参数、变量、构造器及包声明中的特殊修饰符。它是一种由jsr-175标准选择用来描述元数据的一种工具。

2.为什么要使用注解

使用annotation之前(甚至在使用之后)，xml被广泛的应用于描述元数据。不知何时开始一些应用开发人员和架构师发现xml的维护越来越糟糕了。他们希望使用一些和代码紧耦合的东西，而不是像xml那样和代码是松耦合的(在某些情况下甚至是完全分离的)代码描述。

假如你想为应用设置很多的常量或参数，这种情况下，xml是一个很好的选择，因为它不会同特定的代码相连。如果你想把某个方法声明为服务，那么使用annotation会更好一些，因为这种情况下需要注解和方法紧密耦合起来，开发人员也必须认识到这点。

另一个很重要的因素是annotation定义了一种标准的描述元数据的方式。在这之前，开发人员通常使用他们自己的方式定义元数据。例如，使用标记interfaces，注释，transient关键字等等。每个程序员按照自己的方式定义元数据，而不像annotation这种标准的方式。

3.基本语法

编写annotation非常简单，可以将annotation的定义同接口的定义进行比较。我们来看两个例子：一个是标准的注解@override，另一个是用户自定义注解@todo。

@target(elementtype.method)
@retention(retentionpolicy.source)
public @interface override {
}

对于@override注释你可能有些疑问，它什么都没做，那它是如何检查在父类中有一个同名的函数呢。当然，不要惊讶，我是逗你玩的。@override注解的定义不仅仅只有这么一点代码。这部分内容很重要，我不得不再次重复：annotations仅仅是元数据，和业务逻辑无关。理解起来有点困难，但就是这样。如果annotations不包含业务逻辑，那么必须有人来实现这些逻辑。元数据的用户来做这个事情。annotations仅仅提供它定义的属性(类/方法/包/域)的信息。annotations的用户(同样是一些代码)来读取这些信息并实现必要的逻辑。

当我们使用java的标注annotations(例如@override)时，jvm就是一个用户，它在字节码层面工作。到这里，应用开发人员还不能控制也不能使用自定义的注解。因此，我们讲解一下如何编写自定义的annotations。

我们来逐个讲述编写自定义annotations的要点。上面的例子中，你看到一些注解应用在注解上。

3.1 四种基本元注解

j2se5.0版本在 java.lang.annotation提供了四种元注解，专门注解其他的注解：
@documented –注解是否将包含在javadoc中
@retention –什么时候使用该注解
@target? –注解用于什么地方
@inherited – 是否允许子类继承该注解

@documented–一个简单的annotations标记注解，表示是否将注解信息添加在java文档中。

@retention– 定义该注解的生命周期。
retentionpolicy.source – 在编译阶段丢弃。这些注解在编译结束之后就不再有任何意义，所以它们不会写入字节码。@override, @suppresswarnings都属于这类注解。
retentionpolicy.class – 在类加载的时候丢弃。在字节码文件的处理中有用。注解默认使用这种方式。
retentionpolicy.runtime– 始终不会丢弃，运行期也保留该注解，因此可以使用反射机制读取该注解的信息。我们自定义的注解通常使用这种方式。

@target – 表示该注解用于什么地方。如果不明确指出，该注解可以放在任何地方。以下是一些可用的参数。需要说明的是：属性的注解是兼容的，如果你想给7个属性都添加注解，仅仅排除一个属性，那么你需要在定义target包含所有的属性。
elementtype.type:用于描述类、接口或enum声明
elementtype.field:用于描述实例变量
elementtype.method
elementtype.parameter
elementtype.constructor
elementtype.local_variable
elementtype.annotation_type 另一个注释
elementtype.package 用于记录java文件的package信息

@inherited – 定义该注释和子类的关系

那么，注解的内部到底是如何定义的呢？annotations只支持基本类型、string及枚举类型。注释中所有的属性被定义成方法，并允许提供默认值。

@target(elementtype.method)
@retention(retentionpolicy.runtime)
@interface todo {
 public enum priority {low, medium, high}
 public enum status {started, not_started}
 string author() default "yash";
 priority priority() default priority.low;
 status status() default status.not_started;
}

下面的例子演示了如何使用上面的注解。

@todo(priority = todo.priority.medium, author = "yashwant", status = todo.status.started)
public void incompletemethod1() {
//some business logic is written
//but it's not complete yet
}

如果注解中只有一个属性，可以直接命名为“value”，使用时无需再标明属性名。

@interface author{
string value();
}
@author("yashwant")
public void somemethod() {
}

3.2 重复注解

在java8以前，同一个程序元素前只能使用一个相同类型的annotation;如果需要在同一个元素前使用多个类型相同的annotation,则必须使用annotation“容器”。
下面先介绍这种“容器”,
首先定义个mytag注解：

//指定注解保留到运行时
@retention(retentionpolicy.runtime)
//指定注解可以修饰类、接口、枚举
@target(elementtype.type)
@interface mytag
{
 string name() default "测试";
 int age() default 20;
}

然后再定义mytag注解的容器注解：

//指定注解保留到运行时
@retention(retentionpolicy.runtime)
//指定注解可以修饰类、接口、枚举
@target(elementtype.type)
@interface mytags
{
 mytag[] value();
}

然后就可以按照如下的方式来使用注解了

@mytags({
 @mytag(name="测试1",age=21),
 @mytag(name="测试2",age=22)
})
public class test {
 public static void main(string[] args)
 {
 //通过反射解析注解
 class testclass= test.class;
 //获得mytags注解
 mytags mytagsannotation= (mytags) testclass.getannotation(mytags.class);
 //获得添加到里面的mytag注解
 mytag[] mytags=mytagsannotation.value();
 for(mytag mytag : mytags)
 {
 system.out.println(string.format("name:%1$s,age:%2$d",mytag.name(),mytag.age()));
 }
 }
}

打印：
name:测试1,age:21
name:测试2,age:22

java8为上面这种繁琐的语法提供了糖语法，在java8中新增加了@repeatable元注解，只需要在mytag注解上添加上元注解@repeatable(mytags.class)。
观察可以发现，@repeatable依然需要依赖容器注解，所以依然可以按照如下的方式来使用：

@mytags({
 @mytag(name="测试1",age=21),
 @mytag(name="测试2",age=22)
})

又因为mytag是重复注解，所以还可以像如下这样使用：

@mytag(name="测试1",age=21)
@mytag(name="测试2",age=22)

这里需要注意，重复注解只是一种简便写法，多个重复注解其实会被作为“容器”注解的value成员变量的数组元素。例如上面重复的mytag注解会被作为@mytags注解的value成员变量的数组元素处理。

4.使用注解

现在我们已经知道了可以通过使用@retention注解来指定注解的生存周期，注解的生存周期有三种，分别为：retentionpolicy.source,retentionpolicy.class,retentionpolicy.runtime,这三个值分别表示注解的生存周期为源代码，字节码，运行时中。

接下来介绍注解在不同阶段中的处理：

4.1 运行时处理的注解

其实在上面的案例中，已经展示了如何使用反射获取注解的数据。如果要在程序运行时处理注解，那么必须将注解的声明周期声明为： @retention(retentionpolicy.runtime) 。
由于注解本身是不包含任何业务逻辑的，在运行时中，我们就可以通过反射来实现具体的逻辑，
先定义一个debug注解：

//指定注解保留到运行时
@retention(retentionpolicy.runtime)
//指定该注解只能用于方法
@target(elementtype.method)
@interface debug
{
 boolean value() default false;
}

接下来将该注解和具体的业务逻辑关联起来：

public class debugtest {
 public static void main(string[] args) {
 class debugtestclass = debugtest.class;
 //获得所有的方法
 method[] methods = debugtestclass.getmethods();
 for (method method : methods) {
 method.setaccessible(true);//禁用安全机制
 if (method.isannotationpresent(debug.class)) {//检查是否使用了debug注解
 debug debug = method.getannotation(debug.class);//获得注解实例
 string name = method.getname();//获得方法名称
 if (debug.value()) {
  system.out.println("method:" + name + " should debug");
 } else {
  system.out.println("method:" + name + " should't debug");
 }
 }
 }
 }
 @debug(false)
 public void testmethod1() {
 }
 @debug(true)
 public void testmethod2() {
 }
 @debug(true)
 public void testmethod3() {
 }
 @debug(false)
 public void testmethod4() {
 }
 @debug(true)
 public void testmethod5() {
 }
}

4.2 编译时处理的注解

若是编译时需要处理的注解，那么可以把注解的声明周期声明为： @retention(retentionpolicy.source) 。

在这里需要先介绍一下apt，api(annotation processing tool)是一种注解处理工具，他对源代码进行检测，并找出源代码所包含的annotation信息，然后针对annotation信息进行额外的处理。使用apt工具处理annotation时可以根据源文件中的annotation生成额外的源文件和其他的文件(文件的具体内容由annotation处理器的编写者决定)，apt还会将编译生成的源代码文件和原来的源文件一起生成class文件。

使用apt的主要目的是为了简化开发者的工作量，因为apt可以在编译程序源代码的同时生成一些附属文件（比如源文件、类文件、程序发布描述文件等），这些附属文件的内容也都与源代码相关。换句话说，使用apt可以代替传统的对代码信息和附属文件的维护工具。

java提供的javac.exe工具有一个-processor选项，该选项可指定一个annotation处理器，如果在编译java源文件时指定了该annotation处理器，那么这个annotation处理器将会在编译时提取并处理java源文件中的annotaion.
每一个annoataion处理器都需要实现javax.annotataion.processor包下的processor接口，不过实现该接口必须实现该接口下的所有的方法，因此通常会采用继承abstractprocessor的方式来实现annotation的处理器。一个annotation处理器可以处理一个或多个annotaion注解。

在hibernate中，如果使用非注解的方式，那么每写一个java bean类文件，还必须额外地维护一个hibernate映射文件(名为*.hbm.xml的文件)，下面将使用apt来简化这步操作。

为了示范使用apt根据源文件中的注解来生成额外的文件，下面定义3种注解。
标识持久化类的@persistent 注解：

//指定该注解可以修饰类，接口，枚举
@target(elementtype.type)
//指定该注解保留到编译时
@retention(retentionpolicy.source)
//指定该注解可以被显示在文档中(通过javadoc生成文档，便可以在被该注解修饰的元素上看到该注解信息)
@documented
public @interface persistent {
 string table();
}

标识属性的@id 注解：

//指定该注解只能修饰字段
@target(elementtype.field)
//指定该注解保留到编译时
@retention(retentionpolicy.source)
//指定该注解可以被显示在文档中(通过javadoc生成文档，便可以在被该注解修饰的元素上看到该注解信息)
@documented
public @interface id {
 string column();
 string type();
 string generator();
}

标识属性的@property 注解

//指定该注解只能修饰字段
@target(elementtype.field)
//指定该注解保留到编译时
@retention(retentionpolicy.source)
//指定该注解可以被显示在文档中(通过javadoc生成文档，便可以在被该注解修饰的元素上看到该注解信息)
@documented
public @interface property {
 string column();
 string type();
}

在有了三个annotation后，我们定义一个简单的java bean类person.java.

@persistent(table="personinfo")
public class person {
 @id(column="person_id",type="integer",generator="identity")
 private int id;
 @property(column="person_name",type="string")
 private string name;
 @property(column="person_age",type="integer")
 private int age;
 
 public person(){}
 
 public person(int id,string name,int age)
 {
 this.id=id;
 this.name=name;
 this.age=age;
 }
 //所有属性的setter和getter.....
}

接下来写一个api工具，该api工具是根据java类中的注解来生成一个hibernate 映射文件。

import java.io.file;
import java.io.fileoutputstream;
import java.io.printstream;
import java.util.set;

import javax.annotation.processing.abstractprocessor;
import javax.annotation.processing.roundenvironment;
import javax.annotation.processing.supportedannotationtypes;
import javax.annotation.processing.supportedsourceversion;
import javax.lang.model.sourceversion;
import javax.lang.model.element.element;
import javax.lang.model.element.elementkind;
import javax.lang.model.element.name;
import javax.lang.model.element.typeelement;

//指定该注解支持java平台的最新版本为6.0
@supportedsourceversion(sourceversion.release_6)
//指定可以处理persistent,id,property注解
@supportedannotationtypes({"persistent","id","property"})
public class hibernateannotationprocessor extends abstractprocessor{
 @override
 public boolean process(set<? extends typeelement> annotations,
 roundenvironment roundenv) {
 //定义文件输出流,用于生成额外的文件
 printstream ps=null;
 try{
 for(element t:roundenv.getelementsannotatedwith(persistent.class)){
 //获取正在处理的类名称
 name classname=t.getsimplename();
 //获得类定义前的@persistent annotation
 persistent per= t.getannotation(persistent.class);
 //创建文件输出流
 ps=new printstream(new fileoutputstream(new file(classname+".hbm.xml")));
 //执行输出
 ps.println("<?xml version=\"1.0\"?>");
 ps.println("<!doctype hibernate-mapping public \"-//hibernate/hibernate mapping dtd 3.0//en\"");
 ps.println("\"http://hibernate.sourceforge.net/hibernate-mapping-3.0.dtd\">");
 ps.println("<hibernate-mapping>");
 ps.println("<class name=\""+classname+"\" table=\""+per.table()+"\" >");
 for(element f:t.getenclosedelements())
 {
  //只处理成员变量上的annotation
  if(f.getkind()==elementkind.field)
  {
  //获取成员变量定义前的@id annotation
  id id=f.getannotation(id.class);
  //但@id注解存在时，输出<id ../>元素
  if(id!=null)
  {
  ps.println("<id name=\""+f.getsimplename()+"\" "+
   "column=\""+id.column()+"\" "+
   "type=\""+id.type()+"\">");
  ps.println("<generator class=\""+id.generator()+"\" />");
  ps.println("</id>");
  continue;
  }
  //获取成员变量前的@property annotation
  property p=f.getannotation(property.class);
  if(p!=null)
  {
  ps.println("<property name=\""+f.getsimplename()+"\" "+
   "column=\""+p.column()+"\" "+
   "type=\""+p.type()+"\" />");
  continue;
  }
  }
 }
 ps.println("</class>");
 ps.println("</hibernate-mapping>");
 }
 }catch(exception e)
 {
 e.printstacktrace();
 }finally{
 if(ps!=null)
 ps.close();
 }
 return true;
 }
}

在编译完hibernateannotationprocessor.java后执行如下的命令：

javac -processor hibernateannotationprocessor person.java

就可以看到在该路径下多了一个person.cfg.xml文件

<?xml version="1.0"?>
<!doctype hibernate-mapping public "-//hibernate/hibernate mapping dtd 3.0//en"
"http://hibernate.sourceforge.net/hibernate-mapping-3.0.dtd">
<hibernate-mapping>
<class name="person" table="personinfo" >
<id name="id" column="person_id" type="integer">
<generator class="identity" />
</id>
<property name="name" column="person_name" type="string" />
<property name="age" column="person_age" type="integer" />
</class>
</hibernate-mapping>