Java 注解及其底层原理(java注解底层实现原理)

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  目录什么是注解?注解的分类Java自带的标准注解元注解@Retention@Documented@Target@Inherited@Repeatable自定义注解自定义注解的读取示例:注解 模拟访问权限控制尾语

  作者:小牛呼噜噜 https://xiaoniuhululu.com
 

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  什么是注解?

  当我们开发SpringBoot项目,我们只需对启动类加上@SpringBootApplication,就能自动装配,不需要编写冗余的xml配置。当我们为项目添加lombok依赖,使用@Data来修饰实体类,我们就不需要编写getter和setter方法,构造函数等等。@SpringBootApplication,@Data等像这种以@开头的代码 就是注解,只需简简单单几个注解,就能帮助我们省略大量冗余的代码,这是一个非常不可思议的事情!
 

  但我们往往知道在哪些地方加上合适的注解,不然IDE会报错,却不知道其中的原理,那究竟什么是注解呢?

  注解(Annotation ), 是 Java5 开始引入的新特性,是放在Java源码的类、方法、字段、参数前的一种特殊“注释”,是一种标记、标签。注释往往会被编译器直接忽略,能够被编译器打包进入class文件,并执行相应的处理。

  按照惯例我们去看下注解的源码:

  先新建一个注解文件:MyAnnotation.java

  

public @interface MyAnnotation {

 

  

 

  发现MyAnnotation 是被@interface修饰的,感觉和接口interface很像。
 

  我们再通过idea来看下其的类继承:
 

  MyAnnotation 是继承Annotation接口的。
 

  我们再反编译一下:

  

$ javac MyAnnotation.java

 

  $ javap -c MyAnnotation

  Compiled from "MyAnnotation.java"

  public interface com.zj.ideaprojects.test3.MyAnnotation extends java.lang.annotation.Annotation {

  

 

  发现生成的字节码中 @interface变成了interface,MyAnnotation而且自动继承了Annotation

  我们由此可以明白:注解本质是一个继承了Annotation 的特殊接口,所以注解也叫声明式接口

  注解的分类

  一般常用的注解可以分为三大类:

  Java自带的标准注解

  例如:

  
@Override:让编译器检查该方法是否正确地实现了覆写;

  @SuppressWarnings:告诉编译器忽略此处代码产生的警告。

  @Deprecated:标记过时的元素,这个我们经常在日常开发中经常碰到。

  @FunctionalInterface:表明函数式接口注解

  
元注解是能够用于定义注解的注解,或者说元注解是一种基本注解,包括@Retention、@Target、@Inherited、@Documented、@Repeatable 等
 

  元注解也是Java自带的标准注解,只不过用于修饰注解,比较特殊。

  @Retention

  注解的保留策略, @Retention 定义了Annotation的生命周期。当 @Retention 应用到一个注解上的时候,它解释说明了这个注解的的存活时间。
 

  它的参数:

  
RetentionPolicy.RUNTIME

  注解可以保留到程序运行中的时候,它会被加载进 JVM 中,在程序运行中也可以获取到它们

  
@Target 指定了注解可以修饰哪些地方, 比如方法、成员变量、还是包等等
 

  当一个注解被 @Target 注解时,这个注解就被限定了运用的场景。
 

  常用的参数如下:

  
@Inherited

  @Inherited 修饰一个类时,表明它的注解可以被其子类继承,缺省情况默认是不继承的。
 

  换句话说:如果一个子类想获取到父类上的注解信息,那么必须在父类上使用的注解上面 加上@Inherit关键字
 

  注意:

  @Inherited仅针对@Target(ElementType.TYPE)类型的annotation有效

  @Inherited 不是表明 注解可以继承,而是子类可以继承父类的注解

  我们来看一个示例:
 

  定义一个注解:

  

@Inherited

 

  @Target(ElementType.TYPE)

  public @interface MyReport {

   String name() default "";

   int value() default 0;

  

 

  使用这个注解:

  

@MyReport(value=1)

 

  public class Teacher {

  

 

  则它的子类默认继承了该注解:

  

public class Student extends Teacher{

 

  

 

  idea 查看类的继承关系:

  @Repeatable

  使用@Repeatable这个元注解来申明注解,表示这个声明的注解是可重复的
 

  @Repeatable 是 Java 1.8 才加进来的,所以算是一个新的特性。

  比如:一个人他既会下棋又会做饭,他还会唱歌。

  

@Repeatable(MyReport.class)

 

  @Target(ElementType.TYPE)

  public @interface MyReport {

   String name() default "";

   int value() default 0;

  @MyReport(value=0)

  @MyReport(value=1)

  @MyReport(value=2)

  public class Man{

  

 

  自定义注解

  我们可以根据自己的需求定义注解,一般分为以下几步:

  新建注解文件, @interface定义注解

  

public @interface MyReport { } 

 

  

 

  添加参数、默认值

  

public @interface MyReport {

 

   String name() default "";

   int value() default 0;

  

 

  用元注解配置注解

  

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)

 

  @Target(ElementType.TYPE)

  public @interface MyReport {

   String name() default "";

   int value() default 0;

  

 

  我们一般设置 @Target和@Retention就够了,其中@Retention一般设置为RUNTIME,因为我们自定义的注解通常需要在程序运行中读取。

  自定义注解的读取

  读到这里,相信大家已经明白了 如何定义和使用注解,我们接下来 就需要如何将注解利用起来。
 

  我们知道读取注解, 需要用到java的反射

  推荐阅读笔者之前写过关于反射的文章:https://mp.weixin.qq.com/s/_n8HTIjkw7Emcunpb4-Iwg

  我们先来写一个简单的示例--反射获取注解:

  通过前文的了解,先来改造一下MyAnnotation.java

  

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)//确保程序运行中,能够读取到该注解!!!

 

  public @interface MyAnnotation {

   String msg() default "no msg";

  

 

  我们再用@MyAnnotation来修饰Person类的类名、属性、和方法

  

@MyAnnotation(msg = "this person class")//注解 修饰类

 

  public class Person {

   private String name;//姓名

   private String sex;//性别

   @MyAnnotation(msg = "this person field public")//注解 修饰 public属性

   public int height;//身高

   @MyAnnotation(msg = "this person field private")//注解 修饰 private属性

   private int weight;//体重

  


public class TestAn {

 

   public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, NoSuchMethodException {

   //获取Person class 实例

   Class Person c1 = Person.class;

   //反射获取 类上的注解

   MyAnnotation classAnnotation = c1.getAnnotation(MyAnnotation.class);

   System.out.println(classAnnotation.msg());

   //反射获取 private属性上的注解

   Field we = c1.getDeclaredField("weight");

   MyAnnotation fieldAnnotation = we.getAnnotation(MyAnnotation.class);

   System.out.println(fieldAnnotation.msg());

   //反射获取 public属性上的注解

   Field he = c1.getDeclaredField("height");

   MyAnnotation field2Annotation = he.getAnnotation(MyAnnotation.class);

   System.out.println(field2Annotation.msg());

   //反射获取 方法上的注解

   Method me = c1.getMethod("dance",null);

   MyAnnotation methodAnnotation = me.getAnnotation(MyAnnotation.class);

   System.out.println(methodAnnotation.msg());

  
我们通过反射读取api时,一般会先去校验这个注解存不存在:

  

if(c1.isAnnotationPresent(MyAnnotation.class)) {

 

   //存在 MyAnnotation 注解

  }else {

   //不存在 MyAnnotation 注解

  

 

  我们发现反射真的很强大,不仅可以读取类的属性、方法、构造器等信息,还可以读取类的注解相关信息。

  那反射是如何实现工作的?
 

  我们来看下源码:
 

  从 c1.getAnnotation(MyAnnotation.class);通过idea点进去查看源码,把重点的给贴出来,其他的就省略了

  

Map Class ? extends Annotation , Annotation declaredAnnotations =

 

   AnnotationParser.parseAnnotations(getRawAnnotations(), getConstantPool(), this);

  

 

  parseAnnotations()去分析注解,其第一个参数是 获取原始注解,第二个参数是获取常量池内容

  

public static Annotation annotationForMap(final Class ? extends Annotation var0, final Map String, Object var1) {

 

   return (Annotation)AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction Annotation () {

   public Annotation run() {

   return (Annotation)Proxy.newProxyInstance(var0.getClassLoader(), new Class[]{var0}, new AnnotationInvocationHandler(var0, var1));

  

 

  Proxy._newProxyInstance_(var0.getClassLoader(), new Class[]{var0}, new AnnotationInvocationHandler(var0, var1)创建动态代理,此处var0参数是由常量池获取的数据转换而来。
 

  我们监听此处的var0:
 

  可以推断出注解相关的信息 是存放在常量池中的

  我们来总结一下,反射调用getAnnotations(MyAnnotation.class)方法的背后主要操作:
 

  解析注解parseAnnotations()的时候 从该注解类的常量池中取出注解相关的信息,将其转换格式后,通过newProxyInstance(注解的类加载器,注解的class实例 ,AnotationInvocationHandler实例)来创建代理对象,作为参数传进去,最后返回一个代理实例。
 

  其中AnotationInvocationHandler类是一个典型的动态代理类, 这边先挖个坑,暂不展开,不然这篇文章是写不完了

  关于动态代理类我们只需先知道: 对象的执行方法,交给代理来负责

  

class AnnotationInvocationHandler implements InvocationHandler, Serializable {

 

   private final Map String, Object memberValues;//存放该注解所有属性的值

   private transient volatile Method[] memberMethods = null;

   AnnotationInvocationHandler(Class ? extends Annotation var1, Map String, Object var2) {

   public Object invoke(Object var1, Method var2, Object[] var3) {

   //调用委托类对象的方法,具体等等一些操作

  

 

  反射调用getAnnotations(MyAnnotation.class),返回一个代理实例,我们可以通过这个实例来操作该注解

  示例:注解 模拟访问权限控制

  当我们引入springsecurity来做安全框架,然后只需添加@PreAuthorize("hasRole(Admin)")注解,就能实现权限的控制,简简单单地一行代码,就优雅地实现了权限控制,觉不觉得很神奇?让我们一起模拟一个出来吧

  

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)

 

  public @interface MyPreVer {

   String value() default "no role";

  

 

  

public class ResourceLogin {

 

   private String name;

   @MyPreVer(value = "User")

   private void rsA() {

   System.out.println("资源A");

   @MyPreVer(value = "Admin")

   private void rsB() {

   System.out.println("资源B");

  

 

  

public class TestLogin {

 

   public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException, InstantiationException {

   //模拟 用户的权限

   String role = "User";

   //模拟 需要的权限

   final String RoleNeeded = "Admin";

   //获取Class实例

   Class ResourceLogin c1 = ResourceLogin.class;

   //访问资源A

   Method meA = c1.getDeclaredMethod("rsA",null);

   MyPreVer meAPre = meA.getDeclaredAnnotation(MyPreVer.class);

   if(meAPre.value().equals(RoleNeeded)) {//模拟拦截器

   meA.setAccessible(true);

   meA.invoke(c1.newInstance(),null);//模拟访问资源

   }else {

   System.out.println("骚瑞,你无权访问该资源");

   //访问资源B

   Method meB = c1.getDeclaredMethod("rsB",null);

   MyPreVer meBPre = meB.getDeclaredAnnotation(MyPreVer.class);

   if(meBPre.value().equals(RoleNeeded)) {//模拟拦截器

   meB.setAccessible(true);

   meB.invoke(c1.newInstance());//模拟访问资源

   }else {

   System.out.println("骚瑞,你无权访问该资源");

  

 

  结果:

  骚瑞,你无权访问该资源

  资源B

  注解 是一种标记、标签 来修饰代码,但它不是代码本身的一部分,即注解本身对代码逻辑没有任何影响,如何使用注解完全取决于我们开发者用Java反射来读取和使用。
 

  我们发现反射真的很强大,不仅可以读取类的属性、方法、构造器等信息,还可以读取类的注解相关信息,以后还会经常遇到它。
 

  注解一般用于

  编译器可以利用注解来探测错误和检查信息,像@override检查是否重写

  适合工具类型的软件用的,避免繁琐的代码,生成代码配置,比如jpa自动生成sql,日志注解,权限控制

  程序运行时的处理: 某些注解可以在程序运行的时候接受代码的读取,比如我们可以自定义注解

  平时我们只知道如何使用注解,却不知道其是如何起作用的,理所当然的往往是我们所忽视的。

  参考资料:
 

  《Java核心技术 卷一》
 

  https://blog.csdn.net/qq_20009015/article/details/106038023
 

  https://zhuanlan.zhihu.com/p/258429599

  本篇文章到这里就结束啦,很感谢你能看到最后,如果觉得文章对你有帮助,别忘记关注我!

  以上就是Java 注解及其底层原理(java注解底层实现原理)的详细内容,想要了解更多 Java 注解及其底层原理的内容,请持续关注盛行IT软件开发工作室。

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