12. 标记接口,注解和注解处理器的前世今生

简介

相信大部分的开发者都用过注解，尤其是对使用过Spring的开发者来说，注解是现代Spring中不可获取的一部分。Spring从最开始的xml配置到后面的注解配置，不论是从编程习惯还是项目的构建，都对我们程序员产生了非常重要的影响。

除了使用Spring自带的注解之外，我们还可以自定义注解。然后通过AOP来对注解进行拦截从而处理相应的业务逻辑。

除了Spring之外，其实JDK本身自带注解，本文将会深入探讨注解的起源和两种不同的使用方式。

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注解的起源和marker interfaces

先看一个最简单的注解：

@CustUserAnnotation
public class CustUser {
}

上面我们将CustUser标记为一个自定义的注解@CustUserAnnotation。

注解其实是在JDK 5中引入的。那么在JDK 5之前，注解是用什么方式来表示的呢？答案就是marker interfaces。

marker interfaces中文翻译叫做标记接口，标记接口就是说这个接口使用来做标记用的，内部并没有提供任何方法或者字段。

在java中有很多标记接口，最常见的就是Cloneable，Serializable，还有java.util包中的EventListener和RandomAccess。

以Cloneable为例：

/*
 * @since   1.0
 */
public interface Cloneable {
}

该接口从java1.0就开始有了。实现该接口的类才能够调用Object中的clone方法。

我们在代码中如何判断类是否实现了Cloneable接口呢？

public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        if (this instanceof Cloneable) {
            return super.clone();
        } else {
            throw new CloneNotSupportedException();
        }
    }

很简单，通过instanceof来判断是否是Cloneable即可。

marker interfaces好用是好用，但是有一些缺点，比如没有额外的元数据信息，功能太过单一，并且会和正常的interface混淆。实现起来也比一般的interface复杂。

正式由于这些原因，在JDK5中，引入了注解Annotation。

注解的定义

注解是由@interface来定义的。创建一个annotation需要指定其target和retention，并可以自定义参数。

我们举个例子：

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface CustUserAnnotation {
    int value();
    String name();
    String[] addresses();
}

上面是我自定义的一个注解。

Retention

Retention表示注解将会在什么阶段可见。它有三个可选值：

SOURCE 表示只在源代码可见，编译的时候就会被丢弃。

CLASS 表示在class可见，也就是说编译的时候可见，但是运行时候不可见。

RUNTIME 表示运行时候可见。什么时候才需要运行时可见呢？那就是使用到反射的时候。我们会在后面的例子中具体的描述这种情况。

Retention本身也是一个注解：

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Retention {
    /**
     * Returns the retention policy.
     * @return the retention policy
     */
    RetentionPolicy value();
}

Target

Target表示这个注解将会用到什么地方。它有12个值。

TYPE 表示用在Class，interface，enum或者record上。

FIELD 表示用在class的字段上。

METHOD 表示用在方法上。

PARAMETER 表示用在方法上面。

CONSTRUCTOR 用在构造函数上。

LOCAL_VARIABLE 用在本地变量上。

ANNOTATION_TYPE 用在注解上。

PACKAGE 用在package上。

TYPE_PARAMETER 用在类型参数上。

TYPE_USE 用在任何TYPE使用上。

TYPE_PARAMETER和TYPE_USE有什么区别呢？

TYPE_USE用在任何类型的使用上面，比如申明，泛型，转换：

@Encrypted String data
List<@NonNull String> strings
MyGraph = (@Immutable Graph) tmpGraph;

而TYPE_PARAMETER用在类型参数上：

class MyClass<T> {...}

MODULE 用在module上。

RECORD_COMPONENT 预览功能，和records相关。

Target和Retention一样也是一个注解。

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
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();
}

自定义参数

注解也可以自定参数，参数可以是下的类型：

1. 基础类型：int，long,double等
2. String
3. Class<T>
4. 枚举类型
5. 其他的注解类型
6. 上面5中的数组

上面我们的自定义类型定义了三个参数：

    int value();
    String name();
    String[] addresses();

我们看下怎么使用：

@CustUserAnnotation(value = 100, name="jack ma",addresses = {"人民路","江西路"})
public class CustUser {
}

在使用中，我们需要传入自定义的参数，当然你也可以使用default在注解中提供默认值，这样就不需要从外部传入。

在运行时使用注解

在运行时，我们可以使用反射的API来获得注解，并获取注解中的自定义变量，从而进行相应的业务逻辑处理。

CustUser custUser= new CustUser();
        Annotation[] annotations= custUser.getClass().getAnnotations();
        Stream.of(annotations).filter(annotation -> annotation instanceof CustUserAnnotation)
                .forEach(annotation -> log.info(((CustUserAnnotation) annotation).name()));

还是刚才的例子，我们通过getAnnotations方法获取到注解的值。

在运行时是用注解当然是个不错的主意，但是反射用的太多的话其实会影响程序的性能。

那么我们可以不可以将运行时的注解提前到编译时呢？答案是肯定的。

在编译时使用注解

要想在编译时使用注解，就要介绍今天我们的最后一部分内容annotation processors。

自定义processors需要实现javax.annotation.processing.Processor接口。

接下来我们自定义一个Processor：

@SupportedAnnotationTypes("com.flydean.*")
@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_14)
public class MyProcessor extends AbstractProcessor {
    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
        System.out.println("process annotation!");
        annotations.forEach(annotation -> {
            Set<? extends Element> elements = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(annotation);
            elements.stream()
                    .filter(TypeElement.class::isInstance)
                    .map(TypeElement.class::cast)
                    .map(TypeElement::getQualifiedName)
                    .map(name -> "Class " + name + " is annotated with " + annotation.getQualifiedName())
                    .forEach(System.out::println);
        });
        return true;
    }
}

SupportedAnnotationTypes表示支持的注解类型。

SupportedSourceVersion表示支持的源代码版本。

最后我们在process方法中，获取了注解类的一些信息。

有了processor我们怎么在maven环境中使用呢？

最简单的办法就是在maven的maven-compiler-plugin插件中添加annotationProcessors，如下所示：

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>3.8.1</version>
                <configuration>
                    <source>14</source>
                    <target>14</target>
                    <annotationProcessors>
                       <annotationProcessor>com.flydean.MyProcessor</annotationProcessor>
                    </annotationProcessors>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

如果不添加，默认情况下编译器会从classpath中去寻找META-INF/services/javax.annotation.processing.Processor文件，这个文件里面列出了对外提供的注解处理器。编译器会加载这些注解处理器去处理当前项目的注解。

lombok应该大家都用过吧，它实际上为我们提供了两个注解处理器：

很不幸的是，因为我在CustUser中使用了lombok中的log，如果像上面一样显示指定annotationProcessor则会将覆盖默认的查找路径，最后会导致lombok失效。

那应该怎么处理才能兼容lombok和自定义的processor呢？

我们可以把自定义processor单独成一个模块，也做成lombok这样的形式：

这个processor的模块编译参数需要加上一个proc none的参数：

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>3.8.1</version>
                <configuration>
                    <source>14</source>
                    <target>14</target>
                    <proc>none</proc>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

proc是设置是否需要在本项目中启用processor。对于processor项目来说，它本身还没有编译，如果启用就会出现找不到类的错误。所以这里我们需要将proc设置为none。

最后我们的annotation-usage项目可以不需要annotationProcessors的配置就可以自动从classpath中读取到自定义的processor了。

总结

本文介绍了marker interface,annotation和annotation processor，并详细讲解了如何在maven程序中使用他们。

本文的例子https://github.com/ddean2009/ learn-java-base-9-to-20

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