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面試官：什么是 Java 注解？

哈嘍，我是狗哥。隨著開發經驗的累積，我越發覺得基礎真的非常重要。比如：大部分框架 (如 Spring) 都使用了注解簡化代碼并提高編碼的效率，掌握注解是一名 JAVA 程序員必備的技能。

但我發現很多工作 2、3 年的同學居然還沒寫過自定義注解，問起注解的原理也是一臉懵。我是很震驚的，你們咋理解代碼的?基于此，今天我們就來一起學習下注解。

國際慣例，先上腦圖：

面試官：什么是 Java 注解？

01 什么是注解?

Java 注解(Annotation)，相信大家沒用過也見過。個人理解，注解就是代碼中的特殊標記，這些標記可以在編譯、類加載、運行時被讀取，從而做相對應的處理。

注解跟注釋很像，區別是注釋是給人看的(想想自己遇到那些半句注釋沒有的業務代碼，還是不是很難受?);而注解是給程序看的，它可以被編譯器讀取。

1.1 注解的作用

注解大多時候與反射或者 AOP 切面結合使用，它的作用有很多，比如標記和檢查，最重要的一點就是簡化代碼，降低耦合性，提高執行效率。比如我司就是通過自定義注解 + AOP 切面結合，解決了寫接口重復提交的問題。

簡單描述下我司防止重復提交注解的邏輯：請求寫接口提交參數 —— 參數拼接字符串生成 MD5 編碼 —— 以 MD5 編碼加用戶信息拼接成 key，set Redis 分布式鎖，能獲取到就順利提交(分布式鎖默認 3 秒過期)，不能獲取就是重復提交了，報錯。

面試官：什么是 Java 注解？

如果每加一個寫接口，就要寫一次以上邏輯的話，那程序員會瘋的。所以，有大佬就使用注解 + AOP 切面的方式解決了這個問題。只要在寫接口 Controller 方法上加這個注解即可解決，也方便維護。

1.2 注解的語法

以我司防止重復提交的自定義注解，介紹下注解的語法。它的定義如下：

// 聲明 NoRepeatSubmit 注解
@Target(ElementType.METHOD) // 元注解
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) // 元注解
public @interface NoRepeatSubmit {
/**
* 鎖定時間，默認單位（秒）
*/
long lockTime() default 3L;
}

Java 注解使用 @interface 修飾，我司的 NoRepeatSubmit 注解也不例外。此外，還使用兩個元注解。其中 @Target 注解傳入 ElementType.METHOD 參數來標明 @NoRepeatSubmit 只能用于方法上，@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) 則用來表示該注解生存期是運行時，從代碼上看注解的定義很像接口的定義，在編譯后也會生成 NoRepeatSubmit.class 文件。

1.3 注解的元素

定義在注解內部的變量，稱之為元素。注解可以有元素，也可以沒有元素。像 @Override 就是無元素的注解，@SuppressWarnings 就屬于有元素的注解。

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

@Target({TYPE, FIELD, METHOD, PARAMETER, CONSTRUCTOR, LOCAL_VARIABLE, MODULE})
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface SuppressWarnings {
String[] value();
}

帶元素的自定義注解：

@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface NoRepeatSubmit {
/**
* 鎖定時間，默認單位（秒）
*/
long lockTime() default 2L;
}

1.3.1 注解元素的格式

// 基本格式
數據類型元素名稱();
// 帶默認值
數據類型元素名稱() default 默認值;

1.3.2 注解元素的數據類型

注解元素支持如下數據類型：

所有基本類型（int,float,boolean,byte,double,char,long,short）
String
Class
enum
Annotation
上述類型的數組

聲明注解元素時可以使用基本類型但不允許使用任何包裝類型，同時注解也可以作為元素的類型，也就是嵌套注解。

1.3.3 編譯器對元素默認值的限制

遵循規則：

元素要么具有默認值，要么在使用注解時提供元素的值。

對于非基本類型的元素，無論是在源代碼中聲明，還是在注解接口中定義默認值，都不能以 null 作為值。

1.4 注解的使用

注解是以 @注釋名的格式在代碼中使用，比如：以下常見的用法。

public class TestController {
// NoRepeatSubmit 注解修飾 save 方法，防止重復提交
@NoRepeatSubmit
public static void save(Object o){
// 保存邏輯
}
// 一個方法上可以有多個不同的注解
@Deprecated
@SuppressWarnings("uncheck")
public static void getDate(){
}
}

在 save 方法上使用 @NoRepeatSubmit (我司自定義注解)，加上之后，編譯期會自動識別該注解并執行注解處理器的方法，防止重復提交;

而對于 @Deprecated 和 @SuppressWarnings (“uncheck”)，則是 Java 的內置注解，前者意味著該方法是過時的，后者則是忽略指定的異常檢查。

02 Java 注解的分類

上面介紹注解的語法和使用，我們遇到了 @Target、@Retention 等沒見過的注解，你可能有點懵。但沒關系，聽我說道說道。Java 中有 @Override、@Deprecated 和 @SuppressWarnings 等內置注解;也有 @Target、@Retention、@Documented、@Inherited 等修飾注解的注解，稱之為元注解。

2.1 內置注解

Java 定義了一套自己的注解，其中作用在代碼上的是：

@Override - 檢查該方法是否是重寫方法。如果發現其父類，或者是引用的接口中并沒有該方法時，會報編譯錯誤。

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

@Deprecated - 標記過時方法。如果使用該方法，會報編譯警告。

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(value={CONSTRUCTOR, FIELD, LOCAL_VARIABLE, METHOD, PACKAGE, PARAMETER, TYPE})
public @interface Deprecated {
}

@SuppressWarnings - 用于有選擇的關閉編譯器對類、方法、成員變量、變量初始化的警告。

@Target({TYPE, FIELD, METHOD, PARAMETER, CONSTRUCTOR, LOCAL_VARIABLE})
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface SuppressWarnings {
String[] value();
}

JDK7 之后又加了 3 個，這幾個的用法，我也用得很少。就不過多介紹了，感興趣的小伙伴自行百度分別是：

@SafeVarargs - Java 7 開始支持，忽略任何使用參數為泛型變量的方法或構造函數調用產生的警告。

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.CONSTRUCTOR, ElementType.METHOD})
public @interface SafeVarargs {}

@FunctionalInterface - Java 8 開始支持，標識一個匿名函數或函數式接口。

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface FunctionalInterface {}

@Repeatable - Java 8 開始支持，標識某注解可以在同一個聲明上使用多次。

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Repeatable {
Class<? extends Annotation> value();
}

2.2 元注解

元注解就是修飾注解的注解，分別有：

2.2.1 @Target

用來指定注解的作用域(如方法、類或字段)，其中 ElementType 是枚舉類型，其定義如下，也代表可能的取值范圍

public enum ElementType {
/**標明該注解可以作用于類、接口（包括注解類型）或enum聲明*/
TYPE,
/** 標明該注解可以作用于字段(域)聲明，包括enum實例 */
FIELD,
/** 標明該注解可以作用于方法聲明 */
METHOD,
/** 標明該注解可以作用于參數聲明 */
PARAMETER,
/** 標明注解可以作用于構造函數聲明 */
CONSTRUCTOR,
/** 標明注解可以作用于局部變量聲明 */
LOCAL_VARIABLE,
/** 標明注解可以作用于注解聲明(應用于另一個注解上)*/
ANNOTATION_TYPE,
/** 標明注解可以作用于包聲明 */
PACKAGE,
/**
* 標明注解可以作用于類型參數聲明（1.8新加入）
* @since 1.8
*/
TYPE_PARAMETER,
/**
* 類型使用聲明（1.8新加入)
* @since 1.8
*/
TYPE_USE
}

PS：如果 @Target 無指定作用域，則默認可以作用于任何元素上。等同于：

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

2.2.2 @Retention

用來指定注解的生命周期，它有三個值，對應 RetentionPolicy 中的三個枚舉值，分別是：源碼級別(source)，類文件級別(class)或者運行時級別(runtime)

SOURCE：只在源碼中可用
CLASS：注解在 class 文件中可用，但會被 VM 丟棄(該類型的注解信息會保留在源碼里和 class 文件里，在執行的時候，不會加載到虛擬機中)，PS：當注解未定義 Retention 值時，默認值是 CLASS，如 Java 內置注解，@Override、@Deprecated、@SuppressWarnning 等
RUNTIME：在源碼，class，運行時均可用，因此可以通過反射機制讀取注解的信息(源碼、class 文件和執行的時候都有注解的信息)，如 SpringMvc 中的 @Controller、@Autowired、@RequestMapping 等。此外，我們自定義的注解也大多在這個級別。

2.2.2.1 理解 @Retention

這里引申一下話題，要想理解 @Retention 就要理解下從 java 文件到 class 文件再到 class 被 jvm 加載的過程了。下圖描述了從 .java 文件到編譯為 class 文件的過程：

面試官：什么是 Java 注解？

其中有一個注解抽象語法樹的環節，這個環節其實就是去解析注解然后做相應的處理。

所以重點來了，如果你要在編譯期根據注解做一些處理，你就需要繼承 Java 的抽象注解處理器 AbstractProcessor，并重寫其中的 process () 方法。

一般來說只要是注解的 @Target 范圍是 SOURCE 或 CLASS，我們就要繼承它;因為這兩個生命周期級別的注解等加載到 JVM 后，就會被抹除了。

比如，lombok 就用 AnnotationProcessor 繼承了 AbstractProcessor，以實現編譯期的處理。這也是為什么我們使用 @Data 就能實現 get、set 方法的原因。

面試官：什么是 Java 注解？

2.2.3 @Documented

執行 javadoc 的時候，標記這些注解是否包含在生成的用戶文檔中。

2.2.4 @Inherited

標記這個注解具有繼承性，比如 A 類被注解 @Table 標記，而 @Table 注解被 @Inherited 聲明(具備繼承性);繼承于 A 的子類，也繼承 @Table 注解。

//聲明 Table 注解，有繼承性
@Inherited
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Table {
}

03 自定義注解

好啦，說了這么多理論。大家也聽累了，我也聊累了。那怎么自定義一個注解并讓它起作用呢?下面我將帶著你們看看我司的防止重復提交的注解是怎么實現的?當然，由于設計內部的東西，我只會寫寫偽代碼。思路在前面介紹過了，為方便閱讀我拿下來，大家理解就行。

面試官：什么是 Java 注解？

需求是：同一用戶，三秒內重復提交一樣的參數，就會報異常阻止重復提交，否則正常提交處理寫請求。

3.1 定義注解

首先，定義注解必須是 @interface 修飾;其次，有四個考慮的點：

注解的生命周期 @Retention，一般都是 RUNTIME 運行時。
注解的作用域 @Target，作用于寫請求，也就是 controller 方法上。
是否需要元素，用分布式鎖實現，必須要有鎖的過期時間。給定默認值，也支持自定義。
是否生成 javadoc @Documented，這個注解無腦加就對了。

基于此，我司的防止重復提交的自定義注解就出來了：

@Documented
@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface BanReSubmitLock {
/**
* 鎖定時間，默認單位（秒）默認時間（3秒）
*/
long lockTime() default 3L;
}

3.2 AOP 切面處理

@Aspect
@Component
public class BanRepeatSubmitAop {
@Autowired
private final RedisUtils redisUtils;
@Pointcut("@annotation(com.nasus.framework.web.annotation.BanReSubmitLock)")
private void banReSubmitLockAop() {
}
@Around("banReSubmitLockAop()")
public Object aroundApi(ProceedingJoinPoint point) throws Throwable {
// 獲取 AOP 切面方法簽名
MethodSignature signature = (MethodSignature) point.getSignature();
// 方法
Method method = signature.getMethod();
// 獲取目標方法上的 BanRepeatSubmitLock 注解
BanReSubmitLock banReSubmitLock = method.getAnnotation(BanReSubmitLock.class);
// 根據用戶信息以及提交參數，創建 Redis 分布式鎖的 key
String lockKey = createReSumbitLockKey(point, method);
// 根據 key 獲取分布式鎖對象
Lock lock = redisUtils.getReSumbitLock(lockKey);
// 上鎖
boolean result = lock.tryLock();
// 上鎖失敗，拋異常
if (!result) {
throw new Exception("請不要重復請求");
}
// 其他處理
...
}
/**
* 生成 key
*/
private String createReSumbitLockKey(ProceedingJoinPoint point, Method method) {
// 拼接用戶信息 & 請求參數
...
// MD5 處理
...
// 返回
}
}

可以看到這里利用了 AOP 切面的方式獲取被 @NoReSubmitLock 修飾的方法，并借此拿到切點(被注解修飾方法)的參數、用戶信息等等，通過 MD5 處理，最終嘗試上鎖。

3.3 使用

public class TestController {
// NoReSubmitLock 注解修飾 save 方法，防止重復提交
@NoReSubmitLock
public boolean save(Object o){
// 保存邏輯
}
}

使用也非常簡單，只需要一個注解就可以完成大部分的邏輯;如果不用注解，每個寫接口的方法都要寫一遍防止重復提交的邏輯的話，代碼非常繁瑣，難以維護。通過這個例子相信你也看到了，注解的作用。

04 總結

本文介紹了注解的作用主要是標記、檢查以及解耦;介紹了注解的語法;介紹了注解的元素以及傳值方式;介紹了 Java 的內置注解和元注解，最后通過我司的一個實際例子，介紹了注解是如何起作用的?

注解是代碼的特殊標記，可以在程序編譯、類加載、運行時被讀取并做相關處理。其對應 RetentionPolicy 中的三個枚舉，其中 SOURCE、CLASS 需要繼承 AbstractProcessor (注解抽象處理器)，并實現 process () 方法來處理我們自定義的注解。而 RUNTIME 級別是我們常用的級別，結合 Java 的反射機制，可以在很多場景優化代碼。