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JAVA注解Annotation

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
publicString 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。

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。如果你在Google中搜索“XML vs. annotations”，会看到许多关于这个问题的辩论。最有趣的是XML配置其实就是为了分离代码和配置而引入的。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。下面我们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。
  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。

JDK内建Annotation

注意：

1. value特权：如果使用注解时只需要为value成员变量指定值, 则使用注解时可以直接在该注解的括号中指定value值, 而无需使用name=value的形式. 如@SuppressWarnings(“unchecked”)
2. 请坚持使用@Override注解: 如果在每个方法中使用Override注解来声明要覆盖父类声明, 编译器就可以替你防止大量的错误.

JDK元Annotation

  元Annotation用于修饰其他的Annotation定义.

Annotation示例

package annotation;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Inherited;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Inherited
@Target({ElementType.ANNOTATION_TYPE, ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Testable
{

}
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@Testable
class SupperClass
{

}

class SubClass extends SupperClass
{
    public SubClass()
    {
        for(Annotation annotation:SubClass.class.getAnnotations())
        {
            System.out.println(annotation);
        }

        for(Annotation annotation:SubClass.class.getDeclaredAnnotations())
        {
            System.out.println("getDeclaredAnnotations:"+annotation);
        }
    }
}
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package annotation;

import java.lang.annotation.Annotation;

import org.junit.Test;

public class Client
{
    @Test
    public void Client()
    {
        new SubClass();
    }
}
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运行结果：@annotation.Testable()

自定义注解

  使用@interface自定义注解时，自动继承了java.lang.annotation.Annotation接口，由编译程序自动完成其他细节。在定义注解时，不能继承其他的注解或接口。@interface用来声明一个注解，其中的每一个方法实际上是声明了一个配置参数。方法的名称就是参数的名称，返回值类型就是参数的类型（返回值类型只能是基本类型、Class、String、enum）。可以通过default来声明参数的默认值。
  定义注解格式：
    public @interface 注解名 {定义体}
  注解参数的可支持数据类型：

1. 所有基本数据类型（int,float,boolean,byte,double,char,long,short)
2. String类型
3. Class类型
4. enum类型
5. Annotation类型
6. 以上所有类型的数组

  Annotation类型里面的参数该怎么设定:

1. 只能用public或默认(default)这两个访问权修饰.例如,String value();这里把方法设为defaul默认类型;
2. 参数成员只能用基本类型byte,short,char,int,long,float,double,boolean八种基本数据类型和 String,Enum,Class,annotations等数据类型,以及这一些类型的数组.例如,String value();这里的参数成员就为String;
3. 如果只有一个参数成员,最好把参数名称设为"value",后加小括号。

  根据Annotation是否包含成员变量，可以把Annotation分为两类：

1. 标记Annotation:没有成员变量的Annotation;这种Annotation仅利用自身的存在与否来提供信息；
2. 元数据Annotation:包含成员变量的Annotation;他们可以接受（和提供）更多的元数据；

  定义新注解使用@interface关键字，其定义过程与定义接口非常类似(见上面的@Testable), 需要注意的是:Annotation的成员变量在Annotation定义中是以无参的方法形式来声明的, 其方法名和返回值类型定义了该成员变量的名字和类型,而且我们还可以使用default关键字为这个成员变量设定默认值。如下所示。

package annotation;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Inherited;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Inherited
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD,ElementType.TYPE})
public @interface Tag
{
    String name() default "zzh";
    String description() default "excellent!";
}
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  注解元素必须有确定的值，要么在定义注解的默认值中指定，要么在使用注解时指定，非基本类型的注解元素的值不可为null。因此,使用空字符串或0作为默认值是一种常用的做法。这个约束使得处理器很难表现一个元素的存在或缺失的状态，因为每个注解的声明中，所有元素都存在，并且都具有相应的值，为了绕开这个约束，我们只能定义一些特殊的值，例如空字符串或者负数，一次表示某个元素不存在，在定义注解时，这已经成为一个习惯用法。
  自定义的Annotation继承了Annotation这个接口，因此自定义注解中包含了Annotation接口中所以的方法；

package java.lang.annotation;

public interface Annotation { 
    boolean equals(Object obj); 
    int hashCode();
    String toString();
    Class<? extends Annotation> annotationType();
}
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提取Annotation信息

  使用Annotation修饰了类/方法/成员变量等之后,这些Annotation不会自己生效,必须由这些注解的开发者提供相应的工具来提取并处理Annotation信息(当然,只有当定义Annotation时使用了@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)修饰,JVM才会在装载class文件时提取保存在class文件中的Annotation,该Annotation才会在运行时可见,这样我们才能够解析).
  Java使用Annotation接口来代表程序元素前面的注解, 用AnnotatedElement接口代表程序中可以接受注解的程序元素.像Class Constructor FieldMethod Package这些类都实现了AnnotatedElement接口.
  比如Class的定义：public final class Class extends Object implements Serializable, GenericDeclaration, Type, AnnotatedElement。
  AnnotatedElement接口的API如下：

package annotation;

import java.lang.annotation.Annotation;

import org.junit.Test;

public class Client
{
    @Test
    public void client() throws NoSuchMethodException, SecurityException
    {
        Annotation[] annotations = this.getClass().getMethod("client").getAnnotations();
        for(Annotation annotation : annotations)
        {
            System.out.println(annotation.annotationType().getName());
        }
    }
}
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运行结果：org.junit.Test
  如果需要获取某个注解中的元数据，则需要强转成所需要的注解类型，然后通过注解对象的抽象方法来访问这些数据。

package annotation;

import java.lang.annotation.Annotation;

import org.junit.Test;

@Tag(name="hiddenzzh")
public class Client
{
    @Test
    public void client() throws NoSuchMethodException, SecurityException
    {
        Annotation[] annotations = this.getClass().getAnnotations();
        for(Annotation annotation : annotations)
        {
            if(annotation instanceof Tag)
            {
                Tag tag = (Tag)annotation;
                System.out.println("name:"+tag.name());
                System.out.println("description:"+tag.description());
            }
        }
    }
}
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运行结果：
name:hiddenzzh
description:excellent!

Annotation处理器编写

  注解对代码的语意没有直接影响, 他们只负责提供信息给相关的程序使用. 注解永远不会改变被注解代码的含义, 但可以通过工具对被注解的代码进行特殊处理.

package annotation;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Inherited;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Inherited
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Testable
{
}
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package annotation;

import java.io.IOException;

public class TestCase
{
    @Testable
    public void test1()
    {
        System.out.println("test1");
    }

    public void test2() throws IOException {
        System.out.println("test2");
        throw new IOException("我test2出错啦...");
    }

    @Testable
    public void test3() {
        System.out.println("test3");
        throw new RuntimeException("我test3出错啦...");
    }

    public void test4() {
        System.out.println("test4");
    }

    @Testable
    public void test5() {
        System.out.println("test5");
    }

    @Testable
    public void test6() {
        System.out.println("test6");
    }
}
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package annotation;

import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class TestableProcessor
{
    public static void process(String className) throws InstantiationException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException
    {
        int passed = 0;
        int failed = 0;
        Object obj = Class.forName(className).newInstance();
        for(Method method:Class.forName(className).getMethods())
        {
            if(method.isAnnotationPresent(Testable.class))
            {
                try
                {
                    method.invoke(obj, null);
                    ++passed;
                }
                catch(IllegalAccessException | InvocationTargetException e)
                {
                    System.out.println("method "+method.getName()+" execute error:< "+e.getCause()+" >");
                    e.printStackTrace(System.out);
                    ++failed;
                }
            }

        }
        System.out.println("共运行 "+(failed+passed)+"个方法，成功："+passed+"个");
    }

    public static void main(String[] args) throws InstantiationException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException
    {
        process("annotation.TestCase");
    }
}
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运行结果：

test1
test3
method test3 execute error:< java.lang.RuntimeException: 我test3出错啦... >
java.lang.reflect.InvocationTargetException
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Unknown Source)
    at annotation.TestableProcessor.process(TestableProcessor.java:19)
    at annotation.TestableProcessor.main(TestableProcessor.java:36)
Caused by: java.lang.RuntimeException: 我test3出错啦...
    at annotation.TestCase.test3(TestCase.java:21)
    ... 6 more
test5
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共运行 4个方法，成功：3个
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  注意到在TestCase中只有test1,test3,test5以及test6标注了@Testable的注解，通过注解处理器TestableProcessor进行处理，只运行了这个四个标注注解的方法，这个就是通过注解来实现junit功能的一个雏形。

Annotation处理器处理异常

package annotation;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface ExceptionTest
{
    Class<? extends Exception> value();
}
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package annotation;

public class Sample
{
    @ExceptionTest(ArithmeticException.class)
    public static void m1()
    {
        int i=0;
        i=i/i;
    }

    @ExceptionTest(ArithmeticException.class)
    public static void m2()
    {
        int [] a = new int[0];
        int i=a[1];
    }

    @ExceptionTest(ArithmeticException.class)
    public static void m3(){}
}
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package annotation;

import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class ExceptionProcess
{
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException
    {
        int tests = 0;
        int passed = 0;
        Class testClass = Class.forName("annotation.Sample");
        for(Method m:testClass.getDeclaredMethods())
        {
            if(m.isAnnotationPresent(ExceptionTest.class))
            {
                tests++;
                try{
                    m.invoke(null);
                    System.out.printf("Test %s failed: no exception%n",m);
                }
                catch(InvocationTargetException wrappedEx)
                {
                    Throwable exc = wrappedEx.getCause();
                    Class<? extends Exception> excType = m.getAnnotation(ExceptionTest.class).value();
                    if(excType.isInstance(exc))
                    {
                        passed++;
                    }
                    else
                    {
                        System.out.printf("Test %s failed: expected %s, got %s%n",m,excType.getName(),exc);
                    }
                }
                catch(Exception exc)
                {
                    System.out.println("INVALID @Test: "+m);
                }
            }
        }
    }
}
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运行结果：

Test public static void annotation.Sample.m2() failed: expected java.lang.ArithmeticException, got java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 1
Test public static void annotation.Sample.m3() failed: no exception
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  这三段程序类似于上面用来处理Testable注解的代码，但有一处不同：这段代码提取了注解参数的值，并用它检验改测试抛出的异常是否为正确的类型。没有显示的转换，因此没有出现ClassCastException的危险。编译过的测试程序确保它的注解参数表示的是有效的异常类型，需要提醒一点：有可能注解参数在编译时是有效的，但是表示特定异常类型的类文件在运行时却不再存在。在这种希望很少出现的情况下，测试运行类抛出TypeNotPresentException异常。

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