java中注解机制及其原理的详解

java中注解机制及其原理的详解

什么是注解

注解也叫元数据,例如我们常见的@Override和@Deprecated,注解是JDK1.5版本开始引入的一个特性,用于对代码进行说明,可以对包、类、接口、字段、方法参数、局部变量等进行注解。它主要的作用有以下四方面:

  • 生成文档,通过代码里标识的元数据生成javadoc文档。
  • 编译检查,通过代码里标识的元数据让编译器在编译期间进行检查验证。
  • 编译时动态处理,编译时通过代码里标识的元数据动态处理,例如动态生成代码。
  • 运行时动态处理,运行时通过代码里标识的元数据动态处理,例如使用反射注入实例。

一般注解可以分为三类:

  • 一类是Java自带的标准注解,包括@Override、@Deprecated和@SuppressWarnings,分别用于标明重写某个方法、标明某个类或方法过时、标明要忽略的警告,用这些注解标明后编译器就会进行检查。
  • 一类为元注解,元注解是用于定义注解的注解,包括@Retention、@Target、@Inherited、@Documented,@Retention用于标明注解被保留的阶段,@Target用于标明注解使用的范围,@Inherited用于标明注解可继承,@Documented用于标明是否生成javadoc文档。
  • 一类为自定义注解,可以根据自己的需求定义注解,并可用元注解对自定义注解进行注解。

注解的使用

注解的使用非常简单,只需在需要注解的地方标明某个注解即可,例如在方法上注解:

public class Test {
  @Override
  public String tostring() {
    return "override it";
  }
}

例如在类上注解:

@Deprecated
public class Test {
}

所以Java内置的注解直接使用即可,但很多时候我们需要自己定义一些注解,例如常见的spring就用了大量的注解来管理对象之间的依赖关系。下面看看如何定义一个自己的注解,下面实现这样一个注解:通过@Test向某类注入一个字符串,通过@TestMethod向某个方法注入一个字符串。

①创建Test注解,声明作用于类并保留到运行时,默认值为default。

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Test {
  String value() default "default";
}

②创建TestMethod注解,声明作用于方法并保留到运行时。

@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface TestMethod {
  String value();
}

③测试类,运行后输出default和tomcat-method两个字符串,因为@Test没有传入值,所以输出了默认值,而@TestMethod则输出了注入的字符串。

@Test()
public class AnnotationTest {
  @TestMethod("tomcat-method")
  public void test(){
  }
  public static void main(String[] args){
    Test t = AnnotationTest.class.getAnnotation(Test.class);
    System.out.println(t.value());
    TestMethod tm = null;
    try {
      tm = AnnotationTest.class.getDeclaredMethod("test",null).getAnnotation(TestMethod.class);
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
    System.out.println(tm.value());
  }
}

注解的原理

前面介绍了如何使用Java内置的注解以及如何自定义一个注解,接下去看看注解实现的原理,看看在Java的大体系下面是如何对注解的支持的。还是回到上面自定义注解的例子,对于注解Test,如下,如果对AnnotationTest类进行注解,则运行时可以通过AnnotationTest.class.getAnnotation(Test.class)获取注解声明的值,从上面的句子就可以看出,它是从class结构中获取出Test注解的,所以肯定是在某个时候注解被加入到class结构中去了。

@Test("test")
public class AnnotationTest {
  public void test(){
  }
}

从java源码到class字节码是由编译器完成的,编译器会对java源码进行解析并生成class文件,而注解也是在编译时由编译器进行处理,编译器会对注解符号处理并附加到class结构中,根据jvm规范,class文件结构是严格有序的格式,唯一可以附加信息到class结构中的方式就是保存到class结构的attributes属性中。我们知道对于类、字段、方法,在class结构中都有自己特定的表结构,而且各自都有自己的属性,而对于注解,作用的范围也可以不同,可以作用在类上,也可以作用在字段或方法上,这时编译器会对应将注解信息存放到类、字段、方法自己的属性上。

在我们的AnnotationTest类被编译后,在对应的AnnotationTest.class文件中会包含一个RuntimeVisibleAnnotations属性,由于这个注解是作用在类上,所以此属性被添加到类的属性集上。即Test注解的键值对value=test会被记录起来。而当JVM加载AnnotationTest.class文件字节码时,就会将RuntimeVisibleAnnotations属性值保存到AnnotationTest的Class对象中,于是就可以通过AnnotationTest.class.getAnnotation(Test.class)获取到Test注解对象,进而再通过Test注解对象获取到Test里面的属性值。

这里可能会有疑问,Test注解对象是什么?其实注解被编译后的本质就是一个继承Annotation接口的接口,所以@Test其实就是“public interface Test extends Annotation”,当我们通过AnnotationTest.class.getAnnotation(Test.class)调用时,JDK会通过动态代理生成一个实现了Test接口的对象,并把将RuntimeVisibleAnnotations属性值设置进此对象中,此对象即为Test注解对象,通过它的value()方法就可以获取到注解值。

Java注解实现机制的整个过程如上面所示,它的实现需要编译器和JVM一起配合。

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时间: 2017-10-12

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