前言
Java 注解是在JDK1.5被引入的技术，配合反射可以在运行期间处理注解，配合apt tool可以在编译器处理注解，在JDK1.6之后，apt tool被整合到了 Javac 里面。
什么是注解
注解其实就是一种标记，常常用于代替冗余复杂的配置（XML、properties）又或者是编译器进行一些检查如JDK自带的 Override、Deprecated 等，但是它本身并不起任何作用，可以说有它没它都不影响程序的正常运行，注解的作用在于 「注解的处理程序」 ，注解处理程序通过捕获被注解标记的代码然后进行一些处理，这就是注解工作的方式。
在java中，自定义一个注解非常简单，通过 @interface 就能定义一个注解，实现如下
public @interface PrintMsg {}
写个测试类给他加上我们写的这个注解吧
@PrintMsgpublic class AnnotationTest { public static void main(String[] args) { System.out.println(" annotation test OK!"); }}
我们发现写与不写这个注解的效果是相同的，这也印证了我们说的注解只是一种 「标记」 ，有它没它并不影响程序的运行。
元注解
在实现这个注解功能之前，我们先了解一下元注解。
元注解：对注解进行注解，也就是对注解进行标记，元注解的背后处理逻辑由apt tool提供，对注解的行为做出一些限制，例如生命周期，作用范围等等。
@Retention
用于描述注解的生命周期，表示注解在什么范围有效，它有三个取值，如下表所示：
类型作用 SOURCE注解只在源码阶段保留，在编译器进行编译的时候这类注解被抹除，常见的@Override就属于这种注解CLASS注解在编译期保留，但是当Java虚拟机加载 class文件 时会被丢弃，这个也是@Retention的 「默认值」 。@Deprecated和@NonNull就属于这样的注解RUNTIME注解在运行期间仍然保留，在程序中可以通过反射获取，Spring中常见的@Controller、@ Service 等都属于这一类
@Target
用于描述注解作用的 「对象类型」 ，这个就非常多了，如下表所示：
类型作用的对象类型 TYPE类、接口、枚举FIELD类属性METHOD方法PARAMETER参数类型CONSTRUCTOR构造方法LOCAL_VARIABLE局部变量ANNOTATION_TYPE注解PACKAGE包TYPE_PARAMETER1.8之后，泛型TYPE_USE1.8之后，除了PACKAGE之外任意类型
@Documented
将注解的元素加入Javadoc中
@Inherited
如果被这个注解标记了，被标记的类、接口会继承父类、接口的上面的注解
@Repeatable
表示该注解可以重复标记
注解的属性
除了元注解之外，我们还能给注解添加属性，注解中的属性以 无参方法的形式定义 ，方法名为属性名，返回值为成员变量的类型，还是以上述注解为例：
首先给这个注解加亿点点细节，生命周期改为Runtime，使得运行期存在可以被我们获取
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)public @interface PrintMsg { int count() default 1; String name() default "my name is PrintMsg";}@PrintMsg(count = 2020)public class Annotation Test { public static void main(String[] args) { //通过反射获取该注解 PrintMsg annotation = AnnotationTest.class.getAnnotation(PrintMsg.class); System.out.println(annotation.count()); System.out.println(annotation.name()); }}
输出如下：
2020my name is PrintMsg
到这里就有两个疑问了：
- getAnnotation获取到的是什么？一个实例？注解是一个类？
- 我们明明调用的是count(),name()，但是为什么说是注解的属性？
等下聊
到底什么是注解？
按照注解的生命周期以及处理方式的不同，通常将注解分为 「运行时注解」 和 「编译时注解」
- 运行时注解的本质是实现了Annotation接口的特殊接口，JDK在运行时为其创建代理类，注解方法的调用实际是通过AnnotationInvocationHandler的invoke方法，AnnotationInvocationHandler其中维护了一个Map，Map中存放的是方法名与返回值的映射，对注解中自定义方法的调用其实最后就是用方法名去查Map并且放回的一个过程
- 编译时注解通过注解处理器来支持，而注解处理器的实际工作过程由JDK在编译期提供支持，有兴趣可以看看javac的源码
运行时注解原理详解
之前我们说注解是一种标记，只是针对注解的作用而言，而Java语言层面注解到底是什么呢？以JSL中的一段话开头
简单来说就是，注解只不过是在interface前面加了 @ 符号的特殊接口，那么不妨以 PrintMsg.class 开始来看看，通过javap 反编译 的到信息如下：
public interface com.hustdj.jdkStudy.annotation.PrintMsg extends java.lang.annotation.Annotation minor version: 0 major version: 52 flags: (0x2601) ACC_PUBLIC, ACC_INTERFACE, ACC_ABSTRACT, ACC_ANNOTATION this_class: #1 // com/hustdj/jdkStudy/annotation/PrintMsg super_class: #3 // java/lang/ Object interfaces: 1, fields: 0, methods: 2, attributes: 2Constant pool: #1 = Class #2 // com/hustdj/jdkStudy/annotation/PrintMsg #2 = Utf8 com/hustdj/jdkStudy/annotation/PrintMsg #3 = Class #4 // java/lang/Object #4 = Utf8 java/lang/Object #5 = Class #6 // java/lang/annotation/Annotation #6 = Utf8 java/lang/annotation/Annotation #7 = Utf8 count #8 = Utf8 ()I #9 = Utf8 AnnotationDefault #10 = Integer 1 #11 = Utf8 name #12 = Utf8 ()Ljava/lang/String; #13 = Utf8 my name is PrintMsg #14 = Utf8 SourceFile #15 = Utf8 PrintMsg.java #16 = Utf8 RuntimeVisibleAnnotations #17 = Utf8 Ljava/lang/annotation/Retention; #18 = Utf8 value #19 = Utf8 Ljava/lang/annotation/RetentionPolicy; #20 = Utf8 RUNTIME{ public abstract int count(); descriptor: ()I flags: (0x0401) ACC_PUBLIC, ACC_ABSTRACT AnnotationDefault: default_value: I#10 public abstract java.lang.String name(); descriptor: ()Ljava/lang/String; flags: (0x0401) ACC_PUBLIC, ACC_ABSTRACT AnnotationDefault: default_value: s#13}SourceFile: "PrintMsg.java"RuntimeVisibleAnnotations: 0: #17(#18=e#19.#20)
从第一行就不难看出，注解是一个继承自 Annotation 接口的接口，它并不是一个类，那么 getAnnotation() 拿到的到底是什么呢？不难想到，通过动态代理生成了代理类，是这样的嘛？通过启动参数 -Dsun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles=true 或者在上述代码中添加：
System.getProperties().put(“sun.misc.ProxyGenerator.saveGeneratedFiles”,”true”); 将通过JDK的proxyGenerator生成的代理类保存下来在 com.sun.proxy 文件夹下面找到这个class文件，通过javap反编译结果如下：
public final class com.sun.proxy.$Proxy1 extends java.lang.reflect.Proxy implements com.hustdj.jdkStudy.annotation.PrintMsg
可以看出JDK通过动态代理实现了一个类继承我们自定义的PrintMsg接口，由于这个方法字节码太长了，看起来头疼，利用idea自带的反编译直接在idea中打开该class文件如下：
public final class $Proxy1 extends Proxy implements PrintMsg{ public $Proxy1(InvocationHandler invocationhandler) { super(invocationhandler); } public final boolean equals(Object obj) { try { return ((Boolean)super.h.invoke(this, m1, new Object[] { obj })).booleanValue(); } catch(Error _ex) { } catch(Throwable throwable) { throw new UndeclaredThrowableException(throwable); } } public final String name() { try { return (String)super.h.invoke(this, m3, null); } catch(Error _ex) { } catch(Throwable throwable) { throw new UndeclaredThrowableException(throwable); } } public final String toString() { try { return (String)super.h.invoke(this, m2, null); } catch(Error _ex) { } catch(Throwable throwable) { throw new UndeclaredThrowableException(throwable); } } public final int count() { try { return ((Integer)super.h.invoke(this, m4, null)).intValue(); } catch(Error _ex) { } catch(Throwable throwable) { throw new UndeclaredThrowableException(throwable); } } public final Class annotationType() { try { return (Class)super.h.invoke(this, m5, null); } catch(Error _ex) { } catch(Throwable throwable) { throw new UndeclaredThrowableException(throwable); } } public final int hashCode() { try { return ((Integer)super.h.invoke(this, m0, null)).intValue(); } catch(Error _ex) { } catch(Throwable throwable) { throw new UndeclaredThrowableException(throwable); } } private static Method m1; private static Method m3; private static Method m2; private static Method m4; private static Method m5; private static Method m0; static { try { m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", new Class[] { Class.forName("java.lang.Object") }); m3 = Class.forName("com.hustdj.jdkStudy.annotation.PrintMsg").getMethod("name", new Class[0]); m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]); m4 = Class.forName("com.hustdj.jdkStudy.annotation.PrintMsg").getMethod("count", new Class[0]); m5 = Class.forName("com.hustdj.jdkStudy.annotation.PrintMsg").getMethod("annotationType", new Class[0]); m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]); } catch(NoSuchMethodException nosuchmethodexception) { throw new NoSuchMethodError(nosuchmethodexception.getMessage()); } catch(ClassNotFoundException classnotfoundexception) { throw new NoClassDefFoundError(classnotfoundexception.getMessage()); } }}
小结
至此就解决了第一个疑问了， 「所谓的注解其实就是一个实现了Annotation的接口，而我们通过反射获取到的实际上是通过JDK动态代理生成的代理类，这个类实现了我们的注解接口」
AnnotationInvocationHandler
那么问题又来了，具体是如何调用的呢？
以 $Proxy1 的count方法为例
public final int count(){ try { return ((Integer)super.h.invoke(this, m4, null)).intValue(); } catch(Error _ex) { } catch(Throwable throwable) { throw new UndeclaredThrowableException(throwable); }}
跟进super
public class Proxy implements java.io.Serializable { protected InvocationHandler h;}
这个InvocationHandler是谁呢？通过在 Proxy(InvocationHandler h) 方法上打断点追踪结果如下：
原来我们对于 count 方法的调用传递给了 AnnotationInvocationHandler
看看它的 invoke 逻辑
public Object invoke(Object var1, Method var2, Object[] var3) { //var4-方法名 String var4 = var2.getName(); Class[] var5 = var2.getParameterTypes(); if (var4.equals("equals") && var5.length == 1 && var5[0] == Object.class) { return this.equalsImpl(var3[0]); } else if (var5.length != 0) { throw new AssertionError("Too many parameters for an annotation method"); } else { byte var7 = -1; switch(var4.hashCode()) { case -1776922004: if (var4.equals("toString")) { var7 = 0; } break; case 147696667: if (var4.equals("hashCode")) { var7 = 1; } break; case 1444986633: if (var4.equals("annotationType")) { var7 = 2; } } switch(var7) { case 0: return this.toStringImpl(); case 1: return this.hashCodeImpl(); case 2: return this.type; default: //因为我们是count方法，走这个分支 Object var6 = this.memberValues.get(var4); if (var6 == null) { throw new IncompleteAnnotationException(this.type, var4); } else if (var6 instanceof ExceptionProxy) { throw ((ExceptionProxy)var6).generateException(); } else { if (var6.getClass().isArray() && Array.getLength(var6) != 0) { var6 = this.cloneArray(var6); } //返回var6 return var6; } } }}
这个memberValues是啥？
private final Map<String, Object> memberValues;
他是一个map，存放的是方法名（String）与值的键值对
这里以 count() 方法的invoke执行为例
可以看到它走了default的分支，从上面的map中取到了，我们所定义的2020，那这个 memberValues 是什么时候解析出来的呢？
通过查看方法调用栈，我们发现在下图这个时候 count 和 name 还没有赋值
在方法中加入断点重新调试得到如下结果
2020出现了，再跟进 parseMemberValue 方法中，再次重新调试
再跟进 parseConst 方法
康康javap反编译的字节码中的常量池吧
#71 = Integer 2020
好巧啊，正好是2020！！
因此发现最后是从 ConstantPool 中根据偏移量来获取值的，至此另一个疑问也解决了，我们在注解中设置的方法，最终在调用的时候，是从一个以<方法名，属性值>为键值对的map中获取属性值，定义成方法只是为了在反射调用作为参数而已，所以也可以将它看成属性吧。
总结
运行时注解的产生作用的步骤如下：
- 对annotation的反射调用使得动态代理创建实现该注解的一个类
- 代理背后真正的处理对象为 AnnotationInvocationHandler ，这个类内部维护了一个map，这个map的键值对形式为<注解中定义的方法名，对应的属性名>
- 任何对annotation的自定义方法的调用（抛开动态代理类继承自object的方法）,最终都会实际调用 AnnotatiInvocationHandler 的invoke方法，并且该invoke方法对于这类方法的处理很简单，拿到传递进来的方法名，然后去查map
- map中memeberValues的初始化是在 AnnotationParser 中完成的，是勤快的，在方法调用前就会初始化好，缓存在map里面
- AnnotationParser最终是通过ConstantPool对象从常量池中拿到对应的数据的，再往下ConstantPool对象就不深入了
编译时注解初探
由于编译时注解的很多处理逻辑内化在Javac中，这里不做过多探讨，仅对《深入理解JVM》中的知识点进行梳理和总结。
在JDK5中，Java语言提供了对于注解的支持，此时的注解只在程序运行时发挥作用，但是在JDK6中，JDK新加入了一组 插入式注解处理器 的标准API，这组API使得我们对于注解的处理可以提前至编译期，从而影响到前端编译器的工作！！常用的Lombok就是通过注解处理器来实现的
「自定义简单注解处理器」
实现自己的注解处理器，首先需要继承抽象类 javax.annotation. process ing.AbstractProcessor ，只有 process() 方法需要我们实现， process() 方法如下：
//返回值表示是否修改Element元素public abstract boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv);
- annotations：这个注解处理器处理的注解集合
- roundEnv：当前round的抽象语法树结点，每一个结点都为一个Element，一共有18种Element包含了Java中 的所有元素：
- PACKAGE（包）
- ENUM（枚举）
- CLASS（类）
- ANNOTATION_TYPE（注解）
- INTERFACE（接口）
- ENUM_CONSTANT（枚举常量）
- FIELD（字段）
- PARAMETER（参数）
- LOCAL_VARIABLE（本地变量）
- EXCEPTION_PARAMETER（异常）
- METHOD（方法）
- CONSTRUCTOR（构造方法）
- STATIC_INIT（静态代码块）
- INSTANCE_INIT（实例代码块）
- TYPE_PARAMETER（参数化类型，泛型尖括号中的）
- RESOURCE_VARIABLE（资源变量，try-resource）
- MODULE（模块）
- OTHER（其他）
此外还有一个重要的实例变量 processingEnv ，它提供了上下文环境，需要创建新的代码，向编译器输出信息，获取其他工具类都可以通过它
实现一个简单的编译器注解处理器也非常简单，继承 AbstractProcessor 实现 process() 方法，在 process() 方法中实现自己的处理逻辑即可，此外需要两个注解配合一下：
- @SupportedAnnotationTypes：该注解处理器处理什么注解
- @SupportedSourceVersion：注解处理器支持的语言版本
「实例」
@SupportedAnnotationTypes("com.hustdj.jdkStudy.annotation.PrintMsg")@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8)public class PrintNameProcessor extends AbstractProcessor { @Override public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) { Messager messager = processingEnv.getMessager(); for (Element element : roundEnv.getRootElements()) { messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE,"my name is "+element.toString()); } //不修改语法树，返回false return false; }}
输出如下：
G:ideaIUideaProjectscookcodesrcmainjava>javac comhustdjjdkStudyannotationPrintMsg.javaG:ideaIUideaProjectscookcodesrcmainjava>javac comhustdjjdkStudyannotationPrintNameProcessor.javaG:ideaIUideaProjectscookcodesrcmainjava>javac -processor com.hustdj.jdkStudy.annotation.PrintNameProcessor comhustdjjdkStudyannotationAnnotationTest.java警告: 来自注释处理程序 'com.hustdj.jdkStudy.annotation.PrintNameProcessor' 的受支持 source 版本 'RELEASE_8' 低于 -source '1.9'注: my name is com.hustdj.jdkStudy.annotation.AnnotationTest1 个警告
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