深入理解Java注解(2)(高级应用)
下面进一步深入分析Java注解的机制。
一、为什么使用Annotation:
在JAVA应用中,我们常遇到一些需要使用模版代码。例如,为了编写一个JAX-RPC web service,我们必须提供一对接口和实现作为模版代码。如果使用annotation对远程访问的方法代码进行修饰的话,这个模版就能够使用工具自动生成。
另外,一些API需要使用与程序代码同时维护的附属文件。例如,JavaBeans需要一个BeanInfo Class与一个Bean同时使用/维护,而EJB则同样需要一个部署描述符。此时在程序中使用annotation来维护这些附属文件的信息将十分便利而且减少了错误。
二、Annotation工作方式:
在5.0版之前的Java平台已经具有了一些ad hocannotation机制。比如,使用transient修饰符来标识一个成员变量在序列化子系统中应被忽略。而@deprecated这个javadoc tag也是一个ad hocannotation用来说明一个方法已过时。从Java5.0版发布以来,
5.0平台提供了一个正式的annotation功能:允许开发者定义、使用自己的annoatation类型。此功能由一个定义annotation类型的语法和一个描述annotation声明的语法,读取annotaion的API,一个使用annotation修饰的class文件,一个annotation处理工具(apt)组成。
annotation并不直接影响代码语义,但是它能够工作的方式被看作类似程序的工具或者类库,它会反过来对正在运行的程序语义有所影响。annotation可以从源文件、class文件或者以在运行时反射的多种方式被读取。
当然annotation在某种程度上使javadoc tag更加完整。一般情况下,如果这个标记对java文档产生影响或者用于生成java文档的话,它应该作为一个javadoc tag;否则将作为一个annotation。
三、Annotation使用方法:
1、类型声明方式:
通常,应用程序并不是必须定义annotation类型,但是定义annotation类型并非难事。Annotation类型声明于一般的接口声明极为类似,区别只在于它在interface关键字前面使用“@”符号。
annotation类型的每个方法声明定义了一个annotation类型成员,但方法声明不必有参数或者异常声明;方法返回值的类型被限制在以下的范围:primitives、String、Class、enums、annotation和前面类型的数组;方法可以有默认值。
下面是一个简单的annotation类型声明:
清单1:
/**
* Describes the Request-For-Enhancement(RFE) that led
* to the presence of the annotated API element.
*/
public @interface RequestForEnhancement {
intid();
String synopsis();
String engineer() default "[unassigned]";
String date();
default "[unimplemented]";
}
代码中只定义了一个annotation类型RequestForEnhancement。
2、修饰方法的annotation声明方式:
annotation是一种修饰符,能够如其它修饰符(如public、static、final)一般使用。习惯用法是annotaions用在其它的修饰符前面。annotations由“@+annotation类型+带有括号的成员-值列表”组成。这些成员的值必须是编译时常量(即在运行时不变)。
A:下面是一个使用了RequestForEnhancement annotation的方法声明:
清单2:
@RequestForEnhancement(
id= 2868724,
synopsis = "Enable time-travel",
engineer = "Mr. Peabody",
date= "4/1/3007"
)
public static void travelThroughTime(Date destination) { ... }
B:当声明一个没有成员的annotation类型声明时,可使用以下方式:
清单3:
/**
* Indicates that the specification of the annotated API element
* is preliminary and subject to change.
*/
public @interface Preliminary { }
作为上面没有成员的annotation类型声明的简写方式:
清单4:
@Preliminary public class TimeTravel { ... }
C: 如果在annotations中只有唯一一个成员,则该成员应命名为value:
清单5:
/**
* Associates a copyright notice with the annotated API element.
*/
public @interface Copyright {
String value();
}
更为方便的是对于具有唯一成员且成员名为value的annotation(如上文),在其使用时可以忽略掉成员名和赋值号(=):
清单6:
@Copyright("2002 Yoyodyne Propulsion Systems")
public class OscillationOverthruster { ... }
D:下面是一个复杂的Annotataion类型声明,其成员是Annotation类型的数组
import java.lang.annotation.*;
/**
* Reviews annotation类型只有一个成员,
* 由Review annotation组成的数组
*/
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Reviews {
Review[] value();
}/**
* Review annotation类型有3个成员:
* 枚举类型成员grade
* 表示Review名称的字符串类型成员Reviewer
* 具有默认值的字符串类型成员Comment。
*/
public @interface Review {
// 内嵌的枚举类型
public static enum Grade { EXCELLENT, SATISFACTORY, UNSATISFACTORY };
// 下面的方法定义了annotation的成员
Grade grade();
String reviewer();
String comment() default "";
}
Reviews annotation类型只有一个成员,但是这个成员的类型是复杂的:由Review annotation组成的数组。Review annotation类型有3个成员:枚举类型成员grade、表示Review名称的字符串类型成员Reviewer、具有默认值的字符串类型成员Comment。
Annotation类型的成员不能是generic。只有返回值类型是Class的方法可以在annotation类型中使用generic,因为此方法能够用类转换将各种类型转换为Class。
最后,我们来定义一个annotation方法用于罗列出类运行中所有的unchecked异常(这种情况不一定是错误)。这个annotation类型将一个数组作为了唯一的成员。数组中的每个元素都是异常类。为了加强对未检查的异常(此类异常都是在运行时抛出)进行报告,我们可以在代码中对异常的类型进行限制:
public @interface UncheckedExceptions {
Class extends RuntimeException>[] value();
}
3、一个使用实例:
结合上面所讲的,我们在这里建立一个简单的基于annotation测试框架。首先我们需要一个annotation类型来表示某个方法是一个应该被测试工具运行的测试方法。
清单7:
import java.lang.annotation.*;
/**
* Indicates that the annotated method is a test method.
* This annotation should be used only on parameterless static methods.
*/
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface Test { }
值得注意的是annotaion类型声明是可以标注自己的,这样的annotation被称为“meta-annotations”。
在上面的代码中,@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)这个meta-annotation表示了此类型的annotation将被虚拟机保留使其能够在运行时通过反射被读取。而@Target(ElementType.METHOD)表示此类型的annotation只能用于修饰方法声明。
下面是一个简单的程序,其中部分方法被上面的annotation所标注:
清单8:
public class Foo {
@Test public static void m1() { }public static void m2() { }@Test public static void m3() {
throw new RuntimeException("Boom");
}public static void m4() { }@Test public static void m5() { }public static void m6() { }@Test public static void m7() {
throw new RuntimeException("Crash");
}public static void m8() { }
}
使用测试:
import java.lang.reflect.*;
public class RunTests {
public static void main(String[] args) throws Exception {
int passed = 0, failed = 0;
for (Method m : Class.forName(args[0]).getMethods()) {
if (m.isAnnotationPresent(Test.class)) {
try {
m.invoke(null);
passed++;
} catch (Throwable ex) {
System.out.printf("Test %s failed: %s %n", m, ex.getCause());
failed++;
}
}
}
System.out.printf("Passed: %d, Failed %d%n", passed, failed);
}
}
这个程序从命令行参数中取出类名,并且遍历此类的所有方法,尝试调用其中被上面的测试annotation类型标注过的方法。在此过程中为了找出哪些方法被annotation类型标注过,需要使用反射的方式执行此查询。如果在调用方法时抛出异常,此方法被认为已经失败,并打印一个失败报告。最后,打印运行通过/失败的方法数量。
下面文字表示了如何运行这个基于annotation的测试工具:
清单9:
$ java RunTests Foo
Test public static void Foo.m3() failed: java.lang.RuntimeException: Boom
Test public static void Foo.m7() failed: java.lang.RuntimeException: Crash
Passed: 2, Failed 2
注解在很多框架、类库中有广泛的应用。如JUnit测试框架, Spring, Hibernate, EJB等等。这也是开发人员所常常用到的一种方式。
【深入理解Java注解(2)(高级应用)】上面的介绍说明了annotation的使用方法、定义方式、分类。初学者可以通过以上的说明制作简单的annotation程序,但是对于一些高级的annotation应用(例如使用自定义annotation生成javabean映射xml文件)还需要进一步的研究和探讨。同时,annotation运行存在两种方式:运行时、编译时。上文中讨论的都是在运行时的annotation应用,但在编译时的annotation应用还没有涉及,因为编译时的annotation要使用annotation processing tool(APT)。
annotation本身使用时十分简便。例如一个本地变量可以被一个以NonNull命名的annotation类型所标注,来作为对这个本地变量不能被赋予null值的断言。而我们可以编写与之配套的一个annotation代码分析工具,使用它来对具有前面变量的代码进行解析,并且尝试验证这个断言。当然这些代码并不必自己编写。在JDK安装后,在JDK/bin目录中可以找到名为“apt”的工具,它提供了处理annotation的框架:它启动后扫描源代码中的annotation,并调用我们定义好的annotation处理器完成我们所要完成的工作(比如验证前面例子中的断言)。说到这里,annotation的强大功能似乎可以替代XDoclet这类的工具了,随着我们的深入,大家会更加坚信这一点。
注:详细描述请参看JSR 250规范 http://www.jcp.org/aboutJava/communityprocess/pfd/jsr250/
四、annotation实例分析
1.BRFW(Beaninfo Runtime FrameWork)定义:
本人编写的一个annotation功能演示框架。顾名思义,BRFW就是在运行时取得bean信息的框架。
2.BRFW的功能:
A.源代码级annotation:在bean的源代码中使用annotation定义bean的信息;
B.运行时获取bean数据:在运行时分析bean class中的annotation,并将当前bean class中field信息取出,功能类似xdoclet;
C.运行时bean数据的xml绑定:将获得的bean数据构造为xml文件格式展现。熟悉j2ee的朋友知道,这个功能类似JAXP。
3.BRFW框架:
BRFW主要包含以下几个类:
A.Persistent类:定义了用于修饰类的固有成员变量的annotation。
B.Exportable类:定义了用于修饰Class的类型的annotation。
C.ExportToXml类:核心类,用于完成BRFW的主要功能:将具有Exportable Annotation的bean对象转换为xml格式文本。
D.AddressForTest类:被A和B修饰过的用于测试目的的地址bean类。其中包含了地址定义所必需的信息:国家、省级、城市、街道、门牌等。
E.ContactBookForTest类:被A和B修饰过的友人通讯录bean类。其中包含了通讯录所必备的信息:友人姓名、年龄、电话、住址(成员为AddressForTest类型的ArrayList)、备注。需要说明的是电话这个bean成员变量是由字符串类型组成的ArrayList类型。由于朋友的住址可能不唯一,故这里的住址为由AddressForTest类型组成的ArrayList。
从上面的列表中,可以发现A、B用于修饰bean类和其类成员;C主要用于取出bean类的数据并将其作xml绑定,代码中使用了E作为测试类;E中可能包含着多个D。
在了解了这个简单框架后,我们来看一下BRFW的代码吧!
4.BRFW源代码分析:
A.Persistent类:
package beaninfoframework;
import java.lang.annotation.*;
/**
* 用于修饰类的成员变量的annotation
* @author jackzhou
*/
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.FIELD)
public @interface Persistent {
String value() default "";
}
B.Exportable类:
package beaninfoframework;
import java.lang.annotation.*;
/**
* 用于修饰类类型的annotation
* @author jackzhou
*/
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Exportable {
// 名称
String name() default "";
// 描述
String description() default "";
// 省略name和description后,用来保存name值
String value() default "";
}
C.AddressForTest类:
package beaninfoframework;
/**
* 用于测试的地址类
* @author jackzhou
*/
@Exportable("address")
public class AddressForTest {//国家@Persistent
private String country = null;
//省级
@Persistent
private String province = null;
//城市
@Persistent
private String city = null;
//街道
@Persistent
private String street = null;
//门牌
@Persistent
private String doorplate = null;
public AddressForTest(String country, String province,
String city, String street, String doorplate) {
this.country = country;
this.province = province;
this.city = city;
this.street = street;
this.doorplate = doorplate;
}
}
D.ContactBookForTest类:
package beaninfoframework;
import java.util.ArrayList;
/**
* 用于测试的友人通讯录类
* 包含:姓名、年龄、电话、住址(多个)、备注
* @author jackzhou
*/
@Exportable(name = "contactbook", description = "contact book")
public class ContactBookForTest {//友人姓名
@Persistent
private String friendName = null;
//友人年龄
@Persistent
private int age = 0;
//友人电话
@Persistent
private ArrayList telephones = null;
//友人住址:家庭、单位
@Persistent
private ArrayList AddressForText = null;
//备注
@Persistent
private String note = null;
public ContactBookForTest(String name, int age,
ArrayList telephoneList,
ArrayList addressList,
String note) {
this.friendName = name;
this.age = age;
this.telephones = new ArrayList<>(telephoneList);
this.AddressForText = new ArrayList<>(addressList);
this.note = note;
}
}
E.ExportToXml类:
package beaninfoframework;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
/**
* 将具有Exportable Annotation的对象转换为xml格式文本
* @author jackzhou
*/
public class ExportToXml {/**
* 返回对象的成员变量的值(字符串类型)
* @param field 对象的成员变量
* @param fieldTypeClass 对象的类型
* @param obj 对象
* @return 对象的成员变量的值(字符串类型)
*/
private String getFieldValue(Field field, Class fieldTypeClass, Object obj) {
String value = https://www.it610.com/article/null;
try {
if (fieldTypeClass == String.class) {
value = (String) field.get(obj);
} else if (fieldTypeClass == int.class) {
value = Integer.toString(field.getInt(obj));
} else if (fieldTypeClass == long.class) {
value = Long.toString(field.getLong(obj));
} else if (fieldTypeClass == short.class) {
value = Short.toString(field.getShort(obj));
} else if (fieldTypeClass == float.class) {
value = Float.toString(field.getFloat(obj));
} else if (fieldTypeClass == double.class) {
value = Double.toString(field.getDouble(obj));
} else if (fieldTypeClass == byte.class) {
value = Byte.toString(field.getByte(obj));
} else if (fieldTypeClass == char.class) {
value = Character.toString(field.getChar(obj));
} else if (fieldTypeClass == boolean.class) {
value = Boolean.toString(field.getBoolean(obj));
}
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
value = null;
}
return value;
}/**
* 输出对象的字段,当对象的字段为Collection或者Map类型时,
* 要调用exportObject方法继续处理
* @param obj 被处理的对象
* @throws Exception
*/
public void exportFields(Object obj) throws Exception {
Exportable exportable = obj.getClass().getAnnotation(Exportable.class);
if (exportable != null) {
if (exportable.value().length()> 0) {
//System.out.println("Class annotation Name:"+exportable.value());
} else {
//System.out.println("Class annotation Name:"+exportable.name());
}
} else {
//System.out.println(obj.getClass()+"类不是使用Exportable标注过的");
}//取出对象的成员变量
Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();
for (Field field : fields) {
//获得成员变量的标注
Persistent fieldAnnotation = field.getAnnotation(Persistent.class);
if (fieldAnnotation == null) {
continue;
}
//重要:避免java虚拟机检查对私有成员的访问权限
field.setAccessible(true);
Class typeClass = field.getType();
String name = field.getName();
String value = https://www.it610.com/article/getFieldValue(field, typeClass, obj);
//如果获得成员变量的值,则输出
if (value != null) {
System.out.println(getIndent() +"<" + name + ">\n"
+ getIndent() + "\t" + value + "\n" + getIndent() + "" + name + ">");
} //处理成员变量中类型为Collection或Map
else if ((field.get(obj) instanceof Collection)
|| (field.get(obj) instanceof Map)) {
exportObject(field.get(obj));
} else {
exportObject(field.get(obj));
}
}
}//缩进深度
int levelDepth = 0;
//防止循环引用的检查者,循环引用现象如:a包含b,而b又包含a
Collection
在ExportToXml类之前的类比较简单,这里必须说明一下ExportToXml类: 此类的核心函数是exportObject和exportFields方法,前者输出对象的xml信息,后者输出对象成员变量的信息。由于对象类型和成员类型的多样性,所以采取了以下的逻辑:
在exportObject方法中,当对象类型为Collection和Map类型时,则需要递归调用exportObject进行处理;而如果对象类型不是Collection和Map类型的话,将判断对象类是否被Exportable annotation修饰过:如果没有被修饰,则直接输出<对象类名>对象.toString()对象类名>作为xml绑定结果的一部分;如果被修饰过,则需要调用exportFields方法对对象的成员变量进行xml绑定。
在exportFields方法中,首先取出对象的所有成员,然后获得被Persisitent annotation修饰的成员。 在其后的一句:field.setAccessible(true)是很重要的,因为bean类定义中的成员访问修饰都是private,所以为了避免java虚拟机检查对私有成员的访问权限,加上这一句是必需的。接着后面的语句便是输出<成员名>成员值成员名>这样的xml结构。像在exportObject方法中一样,仍然需要判断成员类型是否为Collection和Map类型,如果为上述两种类型之一,则要在exportFields中再次调用exportObject来处理这个成员。
在main方法中,本人编写了一段演示代码:建立了一个由单个友人地址类(AddressForTest)组成的ArrayList作为通讯录类(AddressForTest)的成员的通讯录对象,并且输出这个对象的xml绑定,运行结果如下:
coolBoy
18
66608888
66608889
China
Beijing
Beijing
winnerStreet
10
some words
五、APT工具分析:
1.何谓APT?
根据sun官方的解释,APT(annotation processing tool)是一个命令行工具,它对源代码文件进行检测找出其中的annotation后,使用annotation processors来处理annotation。而annotation processors使用了一套反射API并具备对JSR175规范的支持。
annotation processors处理annotation的基本过程如下:首先,APT运行annotation processors,根据提供的源文件中的annotation生成源代码文件和其它的文件(文件具体内容由annotation processors的编写者决定),接着APT将生成的源代码文件和提供的源文件进行编译生成类文件。
简单的和前面所讲的annotation实例BRFW相比,APT就像一个在编译时处理annotation的javac。而且从sun开发者的blog中看到,java1.6 beta版中已将APT的功能写入到了javac中,这样只要执行带有特定参数的javac就能达到APT的功能。实际上,APT在Java 8中已经被移除,可参看http://openjdk.java.net/projects/jdk8/features,其中的JEP 117。它的功能已经完全集成到javac编译器中去了。
2.为何使用APT?
使用APT主要目的是简化开发者的工作量,因为APT可以在编译程序源代码的同时,生成一些附属文件(比如源文件、类文件、程序发布描述文字等),这些附属文件的内容也都是与源代码相关的。换句话说,使用APT就是代替了传统的对代码信息和附属文件的维护工作。使用过hibernate或者beehive等软件的朋友可能深有体会。APT可以在编译生成代码类的同时将相关的文件写好,比如在使用beehive时,在代码中使用annotation声明了许多struct要用到的配置信息,而在编译后,这些信息会被APT以struct配置文件的方式存放。
3.如何定义processor?
A.APT工作过程:
从整个过程来讲,首先APT检测在源代码文件中哪些annotation存在。然后APT将查找我们编写的annotation processor factories类,并且要求factories类提供annotation processor以处理源文件中所涉及的annotation。接下来,一个合适的annotation processors将被执行,如果在processors生成源代码文件时,该文件中含有annotation,则APT将重复上面的过程直到没有新文件生成。
B.编写annotation processors:
编写一个annotation processors需要使用java1.5 lib目录中的tools.jar提供的以下4个包:
com.sun.mirror.apt: 和APT交互的接口;
com.sun.mirror.declaration: 用于模式化类成员、类方法、类声明的接口;
com.sun.mirror.type: 用于模式化源代码中类型的接口;
com.sun.mirror.util: 提供了用于处理类型和声明的一些工具。
每个processor实现了在com.sun.mirror.apt包中的AnnotationProcessor接口,这个接口有一个名为“process”的方法,该方法是在APT调用processor时将被用到的。一个processor可以处理一种或者多种annotation类型。
一个processor实例被其相应的工厂返回,此工厂为AnnotationProcessorFactory接口的实现。APT将调用工厂类的getProcessorFor方法来获得processor。在调用过程中,APT将提供给工厂类一个AnnotationProcessorEnvironment 类型的processor环境类对象,在这个环境对象中,processor将找到其执行所需要的每件东西,包括对所操作的程序结构的参考,与APT通讯并合作一同完成新文件的建立和警告/错误信息的传输。
提供工厂类有两个方式:通过APT的“-factory”命令行参数提供,或者让工厂类在APT的发现过程中被自动定位(关于发现过程详细介绍请看http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/guide/apt/GettingStarted.html)。前者对于一个已知的factory来讲是一种主动而又简单的方式;而后者则是需要在jar文件的META-INF/services目录中提供一个特定的发现路径:
在包含factory类的jar文件中作以下的操作:在META-INF/services目录中建立一个名为com.sun.mirror.apt.AnnotationProcessorFactory 的UTF-8编码文件,在文件中写入所有要使用到的factory类全名,每个类为一个单独行。
在JDK 8中,tools.jar中的这4个包已经被移除了,因此我们不再举apt的实际例子来分析了。到此为止 :)
参考文献:
http://www.blogjava.net/ericwang/archive/2005/12/13/23743.html
http://www.blogjava.net/weidagang2046/articles/28321.html
http://www.blogjava.net/weidagang2046/articles/27958.html
推荐阅读
- JAVA(抽象类与接口的区别&重载与重写&内存泄漏)
- 深入理解Go之generate
- 考研英语阅读终极解决方案——阅读理解如何巧拿高分
- 由浅入深理解AOP
- 事件代理
- 逻辑回归的理解与python示例
- Java|Java OpenCV图像处理之SIFT角点检测详解
- java中如何实现重建二叉树
- 【1057快报】深入机关,走下田间,交通普法,共创文明
- 数组常用方法一