Java注解

注解（Annotation）是对程序的一种描述和说明，可以理解为是程序的元数据（metadata），它对被注解的代码没有直接的影响，但是我们可以通过反射机制获取注解，然后让处理这些注解称为程序的一部分。本文介绍注解的基本内容。

1. 从一个例子开始：

我们在重写（Override）一个方法时，经常会这样写：

        <span style="background-color: rgb(255, 255, 51);">@Override</span>
	public void close() throws Exception {
		// TODO Auto-generated method stub

	}

上面黄色背景的@Override就是一种注解，它对close（）这样方法作出说明：这个方法是重写超类或者接口的方法。即注解是用来说明程序本身的数据。把注解（Annotation）和注释（comment）区分开来很重要，注释一般是写给开发人员（使用你的代码的人）看的，帮助别人理解你的代码，对程序毫无影响，编译器对注释一无所知，编译的时候完全忽略注释。但是注解可以被编译器甚至程序所使用的。其实在@Override背后的，是一个注解类型（annotation type），就像类是一种类型一样。这个注解类型再java.lang.Override.java中定义，查看源码如下：

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Override {
}

这就是Override这个注解类型的定义，注意注解是一种类型（type），与类、接口、枚举是一个概念层次的。实际上你在Eclipse使用右键“新建”菜单的时候，你会看到下面的界面：

我们看到了Annotation、Class、Enum、Interface。我想表达的意思就是注解它也是一种类型，后面我们会看到可以把它看做是一种特殊的接口，就像Enum看作是一种特殊的类一样。

2. 注解的用途

定义注解类型或者直接使用预定义的注解类型有什么用途，其中包括：

2.1 information for compiler

编译器可以根据注解来检测代码错误或者给出警告信息。以Override注解为例，如果你想重写父类方法或者实现接口方法，在开始定义方法之前先使用@Override注解，那么如果你定义方法时给出的方法名或者参数类型与父类（接口）中定义的不一样，则编译器无法通过。比如，

/**
 * @author Brandon B. Lin
 *
 */
public class MyThread extends Thread {
	
	@Override
	public void run(int a){	
	}
	
	@Override 
	public void rnn(){
	}

}

我们继承了Thread类，并且在重写方法之前使用注解@Override，但是在定义方法的时候，由于拼写错误或者其他原因导致方法签名与父类不匹配，那么会出现编译错误。如果你没有使用注解，那么编译器理解为你在子类重新添加了一个方法，于是编译正常通过，即使方法名只相差一个字符。

2.2 compile-time and deploy-time processing

开发和部署工具可以根据注解自动生成代码、XML文件等其他文件。

2.3 runtime processing

如果注解在运行时依然存在，那么可以通过反射机制获取注解内容，并对注解进一步处理，从而“融入”到程序中。

3. 定义和使用注解

3.1 定义注解

跟定义一个类一样，定义一个注解也需要遵循Java语言规范的格式。为了定义一个注解，使用@interface代替类定义中的class关键字。例如，为了描述一个类的元数据，我们定义一个简单的注解：

/**
 * @author Brandon B. Lin
 * 
 */
public @interface ClassAnnotation {
	String version();

	String lastModified() default "N/A";

	String reviewer();

}

访问控制符public，然后关键字@interface,注解名称，{ }.在注解里面，定义了注解的成员（或者说是属性），虽然它看起来更像是方法的声明，注意没有方法体，方法体有Java自动实现。注意到属性lastModied后面有个default “N/A”,顾名思义，就是为属性提供一个默认值。定义好之后，我们就可以使用了：

/**
 * @author Brandon B. Lin
 * 
 */
@ClassAnnotation(version = "1.0", lastModified = "2014/5/1", reviewer = "John, Gil, Brandon")
public class UseAnnotation {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub

	}

}

在定义类之前，使用注解，然后将注解属性的值放在（）中，用逗号隔开。注意使用注解时，如果不在同一个包，也必须使用import语句导入，并且能否导入收到注解访问控制符的限制，限制的规则同类访问控制符是一样的。

3.2 几点说明

1）注解不能使用extends关键字继承，所有的注解都自动拓展java.lang.annotation.Annotation接口，Annotation是所有注解的超接口。注解继承接口，好像有点难以理解，但是我们前面说到，可以把注解看做是一种特殊的接口。需要注意的是，如果一个接口手动地继承了Annotation接口，它并没有定义注解类型。Annotation接口本身也不是注解类型，不能使用。Annotation接口声明了几个方法：annotationType，hashCode，equals，toString。简单介绍一些这几个方法：

Class<<span style="background-color: rgb(255, 255, 0);">? extends Annotation</span>> annotationType()

该方法返回表示该注解的Class对象，java.lang.Class这个类时用来抽象java当中的类型的，包括类、接口、枚举和注解。用来抽象注解的时候，表示的是注解的类型。注意Class本身就是一个类，假如我们定义了三个接口Annotation1、Annotation2、Annotation3，那么这三个注解类型的对象调用annotationType方法的时候，分别返回Class类的三个对象，我们几位obj1、obj2、obj3。因此关系就很明了了，Class类用来抽象注解类型，而可能存在很多个注解类型，预定义的，自己定义的，每一个注解类型就用一个Class对象来描述，比如obj1、obj2、obj3分别描述注解Annotation1,Annotation2/Annotation3. 再看看返回类型，这里涉及到泛型了，尖口号的内容是Class类的类型参数（type parameter），并且使用通配符？和extends对类型参数进行限制，即返回的Class类型的类型参数必须是Annotation或者其子类型，而所有注解都自动拓展Annotation接口，所以都是符合要求的，比如上面的ClassAnnotation对象调用annotationType返回的对象就属于Class<ClassAnnotation>类型。

每个类型对应一个Class对象，同一个类型的所有对象返回的Class对象都相同，比如：

    public static void main(String[] args) {
		Throwable t1 = new Throwable();
		Throwable t2 = new Throwable();
		System.out.println(t1.getClass() == t2.getClass());
		System.out.println(t1.getClass() == Throwable.class);

	}

最终输出都是true。Throwable类型的对象t1和t2获得的Class<Throwable>对象都是同一个对象，所以也可以直接通过Throwable.class获得。注意.class不是方法。

String toString()

返回表示该注解对象的字符串，返回的格式取决于具体的实现，但是一般格式为：

@com.acme.util.Name(first=Alfred, middle=E., last=Neuman)

hashCode和equals方法同其他类型一样。API文档中说toString、hashCode、equals方法是重写了类Object中对应的方法，也就说，java中的类型，无论是类、接口还是枚举、注解都最终扩展自Object类，其方法在各种类型中均可使用。

2）默认值

在定义注解的成员是，如果使用default为成员（element）提供默认值，那么在使用注解的时候，可以不为这个成员提供对应的值（当然也可以提供）。默认成员的一般形式为：

type member( ) default value;

value的类型必须与type兼容。例如，对于注解：

public @interface MyAnno {
	String str() default "test";

	int val() default 900;

}

在使用这个注解的时候，可以有以下4中方式：

@MyAnno()
@MyAnno(str = "else")
@MyAnno( val = 100)
@MyAnno(str = "else", val = 100)

在使用注解时，对于成员我们一般按照注解定义中的顺序给出值，但是也可以不按这个顺序来。

4 几种特殊的注解

注解中，有些注解跟常规注解不太一样，下面介绍几种特殊的注解类型

4.1 单成员注解

如果一个注解类型中的成员只有一个，称为单成员注解。在这种情况下，我们可以按照常规的注解方式定义成员、指定默认值以外，使用注解的时候可以不指定成员的名称，前提是把唯一的成员名称设为value。

public @interface SingleAnno {
    String value();
}

使用这个单成员的时候可以这么来：

@SingleAnno("TT")

可以不指定成员名称，可以的意思就是你要指定也没有问题。如果成员不止一个，但是其他成员都有默认值，也可以不指定value这个成员的名称，直接使用上面的形式。例如成员为 String value(); int a() default 0; 一样可以使用@SingleAnno（“TT”）这样的形式。

总结起来就是，如果只有一个成员并且其名称为value，则使用注解时可以不指定成员名称而直接给出值。如果除了value还有其他成员，在其他成员都有默认值的情况下，也可以不指定value的名称。

4.2 注解的注解（元注解meta-annotation）

顾名思义就是用来注解注解的注解，哈哈。比如下面这个注解中：

<span style="background-color: rgb(255, 255, 0);">@Retention</span>(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface MyAnno {
	String str() default "test";

	int val() default 900;

}

我们定义了一个注解MyAnno，同时使用另一个注解Retention对MyAnno进行注解，Retention就称为注解的注解。另外，我们可以指定某个注解可以被用到什么地方，比如我们可以指定MyAnno只能用于注解方法，这是通过注解Target指定的。Target是一个内置的注解类型，部分代码如下：

public @interface Target {
    /**
     * Returns an array of the kinds of elements an annotation type
     * can be applied to.
     * @return an array of the kinds of elements an annotation type
     * can be applied to
     */
    ElementType[] value();
}

它是个单成员注解，也是注解的注解，其成员value指定被注解的注解可以在哪些地方使用。value是一个数组，每个数组元素的取值为枚举类型java.lang.annotation.ElementType的枚举常量。比如，对于Target注解，它使用自身指定可以使用它的程序元素：

@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Target { ...

可以看到，Target这个注解只能用于注解注解（本身或者其他），其他地方都不能使用。再比如Override注解只能用于注解方法，所以在Override的定义像这样子：

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Override {
}

4.3 标记注解

名称也很直接，用于标记。标记（maker）注解没有成员，比如我们经常看到的一个标注注解是Deprecated，它用于指示被注解的内容已经过时，被新的形势取代，看一下部分源码：

@Target(value={CONSTRUCTOR, FIELD, LOCAL_VARIABLE, METHOD, PACKAGE, PARAMETER, TYPE})
public @interface Deprecated {
}

可以看到成员是空的。（PS：如果你发现value后面的值很奇怪，看一下源码会发现是因为使用了静态导入），使用了Deprecated标记注解就说明该元素（比如说方法）已经过时了，相反的，没有使用该标记就是没有过时。因此，使用标记注解的时候，无需给出成员的值，（）都可以省略。标注注解用于二元情况，即非黑即白，要么过时要么不过时。比如另一个标记注解Documented，这个注解也是注解的注解，在某个注解中使用了Documented注解，就表明这个注解将被文档化，反之不使用则表示不会被文档化。

5. 在运行时使用反射获取注解

目前为止，注解除了上面所说的可以为编译器检测错误提供信息以外，似乎没有什么用处。虽然设计注解的主要目的是用于其它开发工具和部署工具，但是我们可以在运行时通过反射机制获得注解。有关反射的API在java.lang.reflect中定义。

使用反射的第一步是获取一个Class对象，关于Class类已经在3.2中介绍，可以使用object.getClass( )或者TypeName.class获取对应的Class对象。获取Class对象之后获取方法，获取方法之后获取注解。在给出实例之前，必须先介绍一下注解的保留策略。

5.1 注解保留策略

我们知道注释在编译的时候会被编译器丢掉，而对于注解来说，可以在编译的时候丢掉，也可以让编译器将它保留到字节码文件中。这是通过注解的保留策略（retention policy）来设置的。在定义一个注解的时候，我们可以指定其保留策略。例如：

<span style="background-color: rgb(255, 255, 0);">@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)</span>
public @interface MyAnno {
	String str() default "test";

	int val() default 900;

}

Retention在java.lang.reflect包中定义，只能用于注解自身或者其他注解，它用来指定某一注解的生存时间，部分源码如下：

public @interface Retention {
    /**
     * Returns the retention policy.
     * @return the retention policy
     */
    RetentionPolicy value();
}

这是一个单成员注解，并且使用了value名称，所以使用的时候可以不指出成员名称。唯一成员的类型是枚举类型RetentionPolicy。这个枚举类型中定义了三个常量SOURCE、CLASS、RUNTIME，含义如下：

SOURCE：如果Retention成员取值为SOURCE，表明该注解只存在源代码当中，在编译的时候会被编译器丢掉。

CLASS：表示注解会被存到字节码文件.class中，但是虚拟机载入class文件的时候不会将注解导入，因此运行时无法得到。如果不在注解中使用Retention指定，则默认的保留策略为CLASS。

RUNTIME：不仅保存到class文件，还会被虚拟机载入内存，因此在运行的时候可以使用这些注解。

5.2 使用反射获取注解：

如果一个注解的保留策略指定为RUNTIME，那么运行时就可以使用它，比如通过反射获取。下面是一个例子：

public class UseAnnotation {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		getAnno();
	}

	@MyAnno(str = "TT", val = 10)
	public static void getAnno() {
		// UseAnnotation use = new UseAnnotation();
		Class<?> useClass = UseAnnotation.class;
		try {
			Method m = useClass.getMethod("getAnno");
			System.out.println(m.getName());
			<span style="background-color: rgb(255, 102, 102);">MyAnno anno = m.getAnnotation(MyAnno.class);</span>
			System.out.println(anno.str() + "  " + anno.val());
		} catch (NoSuchMethodException ex) {
			System.out.println("Method not found");
		}

	}

}

我们在静态方法getAnno定义的时候使用了MyAnno注解，指定两个成员的值为“TT”和10.然后在方法中获取注解，输出其成员的值。MyAnno代码如下：

<span style="background-color: rgb(255, 255, 0);">@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)</span>
public @interface MyAnno {
	String str() default "test";

	int val() default 900;

}

注意黄色部分将保留策略指定为RUNTIME，如果将这个去掉变成默认的保留策略，则程序将抛出NullPointerException，因为运行时候无法获取注解，红色背景的一行将抛出异常！

我们使用Method类型的对象m获取注解，这个getAnnotation由接口AnnotatedElement定义，该接口用于表示运行时被注解的元素，用于支持注解反射。类Method、Field、Constructor、Class、Package都实现了则个接口。

6. 几个重要问题

6.1 注解与继承

关于注解与继承，Java中定义了一个Inherited注解，源码如下：

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Inherited {
}

这个注解只能用于注解注解，如果某个注解是可继承的（即注解定义中使用了@Interited），那么注解将会被继承。值得注意的是，被Inherited注解的注解，只影响类声明的注解，对其他诸如方法、构造器都没有影响（即使使用了）。如果MyAnno注解使用了Inherited注解，然后我们在类Father的声明中使用了注解MyAnno，其子类Son的声明将继承这个注解，可以在运行中通过反射获取。如果MyAnno没有使用Inherited注解，则不会继承。另外一点，注解的继承只存在于子类与父类，在接口与它的实现类之间不存在注解继承。

6.2 重复注解

Java 8引入了重复注解，即可以在同一个方法（或其他可以标注的元素）重复使用某个注解。要使用重复注解，必须经过以下2个步骤：

1）将要重复使用的注解用Repetable注解。格式如下：

<span style="background-color: rgb(255, 255, 0);">@Repeatable(Schedules.class)</span>
public @interface Schedule { String str();}

其中，括号中的Schedules.class用于容纳重复的注解，Schedules本身也是个注解，编译器编译的时候将重复的注解存在Schedules容器中。如果没有使用Repeatable注解，重复使用注解将导致编译错误。

2）定义作为容器的注解：

public @interface Schedules {
    Schedule[] value（）；
}

作为容器的注解必须有一个value成员，它的类型是重复注解的数组。然后可以这么使用：

@Schedule(str = "TT")

@Schedule(str = "T"）

重复的注解可以通过两种方式提取，示例代码如下：

                Class<?> c = Reapt.class;
		MyAnnos annos = c.getAnnotation(MyAnnos.class);
		for (MyAnno a : annos.value()) {
			a.value();
		}

		MyAnno[] aa = c.getAnnotationsByType(MyAnno.class);
		for (MyAnno a : aa) {
			a.val();
		}

其中getAnnotationsByType将以数组的形式返回所有指定类型的注解。

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