Java基础教程之新特性 · 注解

  • 1️⃣ 概念
  • 2️⃣ 优势和缺点
  • 3️⃣ 使用
    • 3.1 元注解
    • 3.2 自定义注解
    • 3.3 常用内置注解
  • 4️⃣ 应用场景
  • 5️⃣ 底层原理
  • 6️⃣ 扩展：那些流行框架中的注解
  • 总结

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 {@Overridepublic void display() {System.out.println("Child class");}}@Deprecatedclass DeprecatedClass {@Deprecatedpublic void deprecatedMethod() {System.out.println("\nThis method is deprecated.");}}@SuppressWarnings("unused")class SuppressWarningsClass {// unused fieldprivate int unusedVariable;@SuppressWarnings("unchecked")public void suppressWarningsMethod() {List list = new ArrayList();list.add("item");System.out.println("\n" + list);}}@FunctionalInterfaceinterface FunctionalInterfaceExample {void someMethod();}public class AnnotationDemo {public static void main(String[] args) {// @Override exampleParent parent = new Parent();Child child = new Child();parent.display(); // Output: Parent classchild.display();// Output: Child class// @Deprecated exampleDeprecatedClassdeprecatedObject = new DeprecatedClass();deprecatedObject.deprecatedMethod();// Output: This method is deprecated.// @SuppressWarnings exampleSuppressWarningsClass suppressWarningsObject = new SuppressWarningsClass();suppressWarningsObject.suppressWarningsMethod();// No warning will be generated// @FunctionalInterface exampleFunctionalInterfaceExample 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 classChild classThis 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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