【Java高级语法】（十三）注解：解码程序设计中的元数据利器，在小小的@符里挖呀挖呀挖~用小小的注解做强大的开发...

1️⃣ 概念

Java 注解（Annotation） 是Java语言中一种元数据形式，它提供了一种在代码中添加元数据的方式。注解为程序员提供了向代码中添加额外信息的能力，这些额外信息可以被编译器、工具或者运行时环境使用。

2️⃣ 优势和缺点

优点：

• 提供了一种更加简洁和可读性强 的代码编写风格；
• 增强代码的可维护性和可重用性，通过使用注解可以减少重复的代码；
• 可以帮助开发者在编译时检测错误，提高代码的健壮性。

缺点：

• 过度使用注解会使代码变得复杂和难以理解；
• 注解的滥用可能导致代码过于依赖于特定的框架或工具，降低了代码的可移植性；
• 注解可能增加代码的复杂性，并且可能需要花费更多的时间来学习和理解其使用方式。
  
  

3️⃣ 使用

3.1 元注解

元注解也是一种注解，用于对其他注解进行注释。Java提供了几种元注解，用于自定义和修饰注解声明，包括以下几种：

• @Retention：指定注解的生命周期，可选值包括SOURCE、CLASS和RUNTIME；
• @Target：指定注解可以应用的目标元素类型，如类、方法、字段等；
• @Documented：指定注解是否包含在API文档中；
• @Inherited：指定子类是否继承父类的注解；
• @Repeatable：指定该注解可以被多次应用于同一元素。
  
  

3.2 自定义注解

在Java中，我们可以自定义注解，以满足特定的需求。自定义注解使用@interface关键字进行声明。

下面是一个使用上文元注解的简单演示案例程序，展示了如何在Java中应用这些注解来自定义一个注解：

import java.lang.annotation.*;

// 定义一个自定义注解
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
@Documented
@Inherited
@Repeatable(MyAnnotations.class)
@interface MyAnnotation {
    String value() default "";
}

// 定义一个可重复注解容器
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
@interface MyAnnotations {
    MyAnnotation[] value();
}

// 使用自定义注解
@MyAnnotation("Class Annotation")
public class DemoClass {

    @MyAnnotation("Field Annotation")
    private String field;

    @MyAnnotation("Constructor Annotation")
    public DemoClass() {
        // 构造函数注解
    }

    @MyAnnotation("Method Annotation")
    public void demoMethod() {
        // 方法注解
    }

    public static void main(String[] args) {
        DemoClass obj = new DemoClass();
        Class<? extends DemoClass> clz = obj.getClass();

        // 获取类上的注解
        MyAnnotation classAnnotation = clz.getAnnotation(MyAnnotation.class);
        System.out.println("Class Annotation: " + classAnnotation.value());

        // 获取字段上的注解
        try {
            java.lang.reflect.Field field = clz.getDeclaredField("field");
            MyAnnotation fieldAnnotation = field.getAnnotation(MyAnnotation.class);
            System.out.println("Field Annotation: " + fieldAnnotation.value());
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 获取构造函数上的注解
        try {
            java.lang.reflect.Constructor<?> constructor = clz.getDeclaredConstructor();
            MyAnnotation constructorAnnotation = constructor.getAnnotation(MyAnnotation.class);
            System.out.println("Constructor Annotation: " + constructorAnnotation.value());
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 获取方法上的注解
        try {
            java.lang.reflect.Method method = clz.getDeclaredMethod("demoMethod");
            MyAnnotation methodAnnotation = method.getAnnotation(MyAnnotation.class);
            System.out.println("Method Annotation: " + methodAnnotation.value());
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

这段代码演示了如何定义和使用自定义注解，并从类、字段、构造函数和方法中获取注解的值。

首先，我定义了一个自定义注解 @MyAnnotation。注解的定义可以通过多个元注解修饰，这些元注解用于为注解提供额外的信息：

• @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)：指定注解保留的生命周期为运行时。这意味着注解将在运行时仍然可见，可以通过 Java 反射机制获取；
• @Target({ElementType.TYPE,ElementType.FIELD,ElementType.METHOD,ElementType.CONSTRUCTOR})：指定注解可以应用于类、字段、方法和构造函数上；
• @Documented：指定该注解将包含在 Javadoc 中；
• @Inherited：指定子类默认继承父类的注解。

之后，在 DemoClass 类上、类中的字段、构造函数和方法上都使用了自定义注解 @MyAnnotation。

在 main 方法中，首先创建了一个 DemoClass 对象 obj，通过反射获取 DemoClass 类的实例对象的运行时类型以及类上的注解。

接着，通过反射机制分别获取字段上的注解、构造函数上的注解、方法上的注解。并且打印了相应注解的值，以演示如何从类、字段、构造函数和方法中获取注解的值。

通过自定义注解，我们可以根据需要添加元数据，并在代码中使用它。

3.3 常用内置注解

Java提供了很多内置的注解，我们来介绍几个常用的注解：

• @Override：用于标记方法覆写（重写）父类的方法，可以帮助我们检查是否正确地覆写了方法；
• @Deprecated：用于标记过时的方法或类，在程序中使用过时的元素会收到警告提示，鼓励使用更合适的替代方案；
• @SuppressWarnings：用于抑制编译器产生的警告信息，可以让代码看起来更整洁，但需谨慎使用；
• @FunctionalInterface：用于标记函数式接口（只有一个抽象方法），可以确保接口的语义符合函数式编程的要求。

下面是一个使用Java实现的演示案例程序，展示了如何使用@Override、@Deprecated、@SuppressWarnings和@FunctionalInterface注解：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

class Parent {
    public void display() {
        System.out.println("Parent class");
    }
}

class Child extends Parent {
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Child class");
    }
}

@Deprecated
class DeprecatedClass {
    @Deprecated
    public void deprecatedMethod() {
        System.out.println("\nThis method is deprecated.");
    }
}

@SuppressWarnings("unused")
class SuppressWarningsClass {
    // unused field
    private int unusedVariable;

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public void suppressWarningsMethod() {
        List list = new ArrayList();
        list.add("item");
        System.out.println("\n" + list);
    }
}

@FunctionalInterface
interface FunctionalInterfaceExample {
    void someMethod();
}

public class AnnotationDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // @Override example
        Parent parent = new Parent();
        Child child = new Child();

        parent.display();           // Output: Parent class
        child.display();            // Output: Child class

        // @Deprecated example
        DeprecatedClass  deprecatedObject = new DeprecatedClass();
        deprecatedObject.deprecatedMethod();  // Output: This method is deprecated.

        // @SuppressWarnings example
        SuppressWarningsClass suppressWarningsObject = new SuppressWarningsClass();
        suppressWarningsObject.suppressWarningsMethod();  // No warning will be generated

        // @FunctionalInterface example
        FunctionalInterfaceExample functionalInterfaceObject = () -> System.out.println("\nFunctional Interface");
        functionalInterfaceObject.someMethod();  // Output: Functional Interface
    }
}

在这个示例程序中，我们创建了Parent类和Child类，其中Child类使用@Override注解来标记覆写（重写）了Parent类中的display()方法。这样在编译时，如果有错误地覆写了父类的方法，编译器将会给出错误提示。

另外，我们还创建了一个名为DeprecatedClass的过时类，并在其中的方法和类声明上都使用了@Deprecated注解。当我们在程序中使用过时的方法或类时，编译器会发出警告，鼓励我们使用更合适的替代方案。

同样，我们还创建了一个名为SuppressWarningsClass的类，在该类的方法和字段上使用了@SuppressWarnings注解来抑制编译器产生的警告信息，以便让代码看起来更整洁。但是需要注意，谨慎使用此注解，确保其使用场景合理。

再者，我们创建了一个函数式接口FunctionalInterfaceExample，并使用@FunctionalInterface注解进行标记。这个注解可以确保该接口只有一个抽象方法，从而符合函数式编程的要求。

最后，在main方法中展示了如何使用这些注解的例子，运行程序验证结果如下：

Parent class
Child class

This method is deprecated.

[item]

Functional Interface

4️⃣ 应用场景

Java注解广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：

• 标记/标识：注解可以用于对类、方法、字段等进行标记，以便将来在编译期、运行时或工具处理期间根据标记进行特定操作；
• 配置/设置：注解可以用于配置代码，在运行时根据注解的参数动态地控制程序的行为；
• 生成代码/文档：通过使用注解，可以自动生成代码、配置文件或文档等。
  
  

5️⃣ 底层原理

Java注解的底层原理主要涉及两个关键部分：反射（Reflection）和代理模式（Proxy）。下面逐步介绍这两个概念，以及它们与Java注解的关系。

1. 反射（Reflection）：
   反射是Java语言的一种特性，允许程序在运行时检查和修改自身的行为。通过反射，我们可以动态获取类的信息、调用方法和访问字段等。所以在使用注解时，需要使用反射来解析注解并执行相应的操作。

2. 代理模式（Proxy）：
   代理模式允许一个对象（代理对象）控制另一个对象（目标对象）的访问。在使用注解时，通常会有一个注解处理器（Annotation Processor）作为代理对象，负责在编译期或运行时扫描代码中的注解，并进行相应的处理。

Java注解的底层原理如下：

• 在编译期：当我们在源代码中添加注解时，编译器会首先读取并解析这些注解。然后，在编译过程中，注解处理器会根据注解的类型执行相应的逻辑，并生成一些额外的代码。
• 在运行时：当编译完成后，生成的字节码文件中会包含注解的信息。在运行时，Java虚拟机（JVM）通过反射读取这些已编译的注解，并执行相应的操作。注解处理器也可以在运行时扫描类路径上的字节码文件，获取注解信息并进行进一步的处理。

总结来说，Java注解的底层原理主要利用了反射和代理模式。反射机制使得我们能够动态读取和修改注解信息，而代理模式则通过注解处理器来实现对注解的解析和处理。这种机制为开发人员提供了一种方便且灵活地处理元数据的方式，并且在许多框架和工具中得到了广泛的应用。

6️⃣ 扩展：那些流行框架中的注解

在各个流行框架中，注解都起着重要的作用。它们为开发者提供了一种简洁、灵活和快速的方式来配置和扩展应用程序。

下面列举了一些主要流行框架中注解的应用范例：

1. Spring ：

   • @Component：标记类为一个可被Spring容器管理的组件；
   • @Controller：标记控制器类，用于处理用户请求；
   • @RequestMapping：在控制器方法上定义路由规则与请求的映射关系；
   • @Service：标记服务层类，在业务逻辑中使用；
   • @Repository：标记数据访问层类，使得 Spring 可以自动将其纳入到 bean 容器；
   • @Autowired：自动将依赖注入到相应的类中，简化了组件间的耦合关系；
   • @Configuration：标记类为Spring配置类；
   • @Bean：标记方法返回值为Spring Bean，并由容器管理。
   • …

2. Spring Boot ：

   • @SpringBootApplication：标记引导类，表示一个 Spring Boot 应用程序入口点；
   • @RestController：结合了 @Controller 和 @ResponseBody，用于构建 RESTful API 控制器；
   • @RequestMapping：指定请求的 URL 路径和 HTTP 方法与方法的映射关系；
   • @ConfigurationProperties：绑定属性文件或环境变量到 Java Bean，方便地进行配置管理；
   • @EnableAutoConfiguration：启用自动配置，根据类路径下的依赖和规则推断、添加 Bean。
   • …

3. Spring Cloud ：

   • @EnableDiscoveryClient：启用服务发现；
   • @EnableCircuitBreaker：启用断路器；
   • @FeignClient：声明一个可调用远程服务的客户端接口；
   • @EnableZuulProxy：启用Zuul代理网关；
   • @LoadBalanced：启用负载均衡客户端。
   • …

4. Spring MVC ：

   • @Controller：标记类为MVC控制器；
   • @RequestMapping：将请求映射到控制器的方法上；
   • @RequestParam：将请求参数映射到方法参数上；
   • @PathVariable：将URL路径变量映射到方法参数上；
   • @ResponseBody：将方法返回值序列化成响应主体。
   • …

5. MyBatis ：

   • @Mapper：标记接口为MyBatis的映射器；
   • @Select：定义查询语句；
   • @Insert：定义插入语句；
   • @Update：定义更新语句；
   • @Delete：定义删除语句；
   • @Param：指定方法参数与SQL语句中的参数对应关系等。
   • …

6. Hibernate ：

   • @Entity：声明实体类；
   • @Table：指定实体类与数据库表之间的映射关系；
   • @Column：定义属性与数据库列之间的映射关系；
   • @Id：标识实体类的主键属性；
   • @GeneratedValue：指定主键生成策略；
   • @ManyToOne：定义多对一关系。
   • …

7. Junit ：

   • @Test：标记测试方法；
   • @Before：在每个测试方法执行前被执行的方法；
   • @After：在每个测试方法执行后被执行的方法；
   • @RunWith：指定测试运行器，如使用 Spring 进行测试时可以指定 @RunWith(SpringRunner.class)；
   • @BeforeEach：在每个测试方法之前运行的方法（JUnit 5）；
   • @AfterEach：在每个测试方法之后运行的方法（JUnit 5）；
   • @ParameterizedTest：参数化测试方法（JUnit 5）。
   • …

注解在这些框架中广泛应用，通过提供特定的注解，开发者可以方便地实现配置、路由、依赖注入、持久化等相关功能，大大简化了开发过程。同时，注解也为框架提供了更好的扩展性和灵活性。

🌾 总结

Java注解提供了一种简洁、灵活和强大的方式来为代码添加额外的元数据信息。它们能够提高代码的可读性、可维护性和健壮性。尽管有一些缺点，但合理地使用注解将带来很多好处。随着时间的推移，注解已经成为许多流行框架和库的核心组成部分。

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