Java中的注解是如何工作的？-蒲公英云

一、引言

在 Spring 2.0 及早期时代，项目是通过配置文件 xml，来实现 Bean 的依赖注入，在 Bean 的数量越来越多的时候，xml的配置也就会越来越复杂。Spring 2.0 在xml配置文件上做了一定的优化，让配置看起来越来越简单，但是并没语完全解决xml冗余的问题。

而在后来的 Spring 3.0 时代，可以使用 Spring 提供的 Java 注解来取代曾经 xml 配置上的问题，Spring 变得前所未有的简单，这样似乎也让我们曾经忘记了发生什么。

至于注解是如何起作用的，本人一直想弄个明白，So，下面来学习一下。

二、什么是注解？

注解在Java5.0版本中被引入，随后，它就成为了Java平台中非常重要的一部分。开发过程中，我们经常会看到诸如 @Override，@Deprecated 这样的注解。那到底什么是注解，为什么要引入注解，注解是如何工作的，如何编写自定义的注解，什么情况下可以使用注解以及最新注解。

1、什么是注解？

注解可以用一个词来描述：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 "HelloWorld"
}

上面的代码中，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注解是告诉编译器，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，因为父类中没有该方法的定义。如果我不小心拼写错误，例如将 toString() 写成了 toStrring()，而且我也没有使用@Override注解，那程序依然能编译运行。但运行结果会和我们期望的大不相同。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、为什么要引入注解？

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。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。

上述两种观点可能会让你很疑惑，两者观点似乎构成了一种循环，但各有利弊。下面通过一个例子来理解这两者的区别。

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，因为它不会和特定的代码相连。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。

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。

目前，许多框架将 xml 和 Annotation 两种方式结合使用，平衡两者之间的利弊。

3、Annotation是如何工作的？怎么编写自定义的Annotation？

编写 Annotation 非常简单，可以将 Annotation 的定义同接口的定义进行比较。下面来看两个例子：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(RetenionPolicy.SOURCE)
public @interface Override{ 
}

对于@Override注解，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，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（这里的用户指使用元数据的代码）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。

（1）、自定义注解

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

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 : 定义该注解和子类的关系

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(RetenionPolicy.RUNTIME)
@interface Todo{ 
    public enum Priority { LOW,METHOD,HIGH}
    public enum Status { STARTEDD,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.METHOD, 
        author = "Yashwant", status = "Todo.Status")
public void incompleteMethod(){ 
}

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(){ 
}

到目前为止一切看起来都还不错。我们定义了自己的注解并将其应用在业务逻辑的方法上。现在我们需要写一个用户程序调用我们的注解。

这里我们需要使用反射机制。如果你熟悉反射代码，就会知道反射可以获取类名、方法和实例变量对象。所有这些对象都有getAnnotation()这个方法用来返回修饰它们的注解信息。

我们需要把这个对象转换为我们自定义的注释(使用 instanceOf()检查之后)，同时也可以调用自定义注释里面的方法。看看以下的实例代码，使用了上面的注解：

Class businessLogicClass = BusinessLogic.class;
for(Method method : businessLogicClass.getMethods){ 
    Todo todoAnnotation = (Todo)method.getAnnotation(Todo.class);
    if(todoAnnotation != null){ 
        System.out.println(" Method Name : " + method.getName());
        System.out.println(" Author : " + todoAnnotation.author());
        System.out.println(" Priority : " + todoAnnotation.priority());
        System.out.println(" Status : " + todoAnnotation.status());
    }
}

三、注解用例

注解的功能很强大，Spring 和 Hebernate 这些框架在日志和有效性中大量使用了注解功能。注解可以应用在使用标记接口的地方。不同的是标记接口用来定义完整的类，但你可以为单个的方法定义注释，例如是否将一个方法暴露为服务。

在最新的servlet3.0中引入了很多新的注解，尤其是和servlet安全相关的注解。

HandlesTypes 
    该注解用来表示一组传递给ServletContainerInitializer的应用类。
HttpConstraint 
    该注解代表所有HTTP方法的应用请求的安全约束，和ServletSecurity注释
    中定义的HttpMethodConstraint安全约束不同。
HttpMethodConstraint 
    指明不同类型请求的安全约束，和ServletSecurity 注解中描述HTTP协议方法类型的注释不同。
MultipartConfig 
    该注解标注在Servlet上面，表示该Servlet希望处理的请求的 
    MIME 类型是 multipart/form-data。
ServletSecurity 
    该注解标注在Servlet继承类上面，强制该HTTP协议请求遵循安全约束。
WebFilter 
    该注解用来声明一个Server过滤器；
WebInitParam 
     该注解用来声明Servlet或是过滤器的中的初始化参数，通常配合 @WebServlet 
     或者 @WebFilter 使用。
WebListener 
    该注解为Web应用程序上下文中不同类型的事件声明监听器。
WebServlet 
    该注解用来声明一个Servlet的配置。