Java注解使用与自定义

一、什么是注解

注解是元数据的一种形式，它提供有关程序的数据，该数据不属于程序本身。注解对其注释的代码操作没有直接影响。换句话说，注解携带元数据，并且会引入一些和元数据相关的操作，但不会影响被注解的代码的逻辑

/**
 * The common interface extended by all annotation types.  Note that an
 * interface that manually extends this one does <i>not</i> define
 * an annotation type.  Also note that this interface does not itself
 * define an annotation type.
 *
 * More information about annotation types can be found in section 9.6 of
 * <cite>The Java&trade; Language Specification</cite>.
 *
 * The {@link java.lang.reflect.AnnotatedElement} interface discusses
 * compatibility concerns when evolving an annotation type from being
 * non-repeatable to being repeatable.
 *
 * @author  Josh Bloch
 * @since   1.5
 */
public interface Annotation {
    ...
}

Java中所有的注解都扩展自 Annotation这个接口，注解本质就是一个接口。比如我们最常见的重写@Override，它没有参数，所以是一个标记注解。

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

1.1 元注解

以@Override为例，我们发现上面有两个注解@Target和@Retention，像这种注解的注解被称为元注解。Java中的元注解有以下几个，

@Target

这个注解标识了被修饰注解的作用对象，看源码，

@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();
}

value是一个数组，说明该注解的作用对象可以是多个，取值对象在ElementType中，

public enum ElementType {
    /** Class, interface (including annotation type), or enum declaration */
    TYPE,

    /** Field declaration (includes enum constants) */
    FIELD,

    /** Method declaration */
    METHOD,

    /** Formal parameter declaration */
    PARAMETER,

    /** Constructor declaration */
    CONSTRUCTOR,

    /** Local variable declaration */
    LOCAL_VARIABLE,

    /** Annotation type declaration */
    ANNOTATION_TYPE,

    /** Package declaration */
    PACKAGE,

    /**
     * Type parameter declaration
     *
     * @since 1.8
     */
    TYPE_PARAMETER,

    /**
     * Use of a type
     *
     * @since 1.8
     */
    TYPE_USE,

    /**
     * Module declaration.
     *
     * @since 9
     */
    MODULE
}

不同的值代表被注解可修饰的范围，例如TYPE只能修饰类、接口和枚举定义，METHOD只能修饰方法，比如@Override只能注解方法。这其中有个很特殊的值叫做 ANNOTATION_TYPE, 是专门表示元注解的。

@Retention

该注解指定了被修饰的注解的生命周期。定义如下:

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

value返回了一个RetentionPolicy枚举类型，

public enum RetentionPolicy {
    /**
     * Annotations are to be discarded by the compiler.
     */
    SOURCE,

    /**
     * Annotations are to be recorded in the class file by the compiler
     * but need not be retained by the VM at run time.  This is the default
     * behavior.
     */
    CLASS,

    /**
     * Annotations are to be recorded in the class file by the compiler and
     * retained by the VM at run time, so they may be read reflectively.
     *
     * @see java.lang.reflect.AnnotatedElement
     */
    RUNTIME
}

SOURCE：表示注解编译时可见（在原文件有效），编译完后就被丢弃。这种注解一般用于在编译期做一些事情，比如可以让注解处理器生成一些代码，或者是让注解处理器做一些额外的类型检查，等等；
CLASS：表示在编译完后写入 class 文件（在class文件有效），但在类加载后被丢弃。这种注解一般用于在类加载阶段做一些事情，比如Android的资源类型检查（@ColorRes、@DrawableRes、@Px)；
RUNTIME：表示注解会一直起作用。

@Override就是编译时可见，编译成class之后丢失。

@Documented

编译器在生成Java文档时将被注解的元素包含进去。这意味着使用了@Documented注解的注解，其注解的信息会被包含在生成的文档中，方便开发者查阅。@Documented是一个标记注解，没有成员。

@Inherited

用于指示子类是否继承父类的注解。当一个注解被标注为 @Inherited 时，如果一个类使用了被 @Inherited 标注的注解，那么其子类也会自动继承这个注解。这在一些框架或库中很有用，可以自动继承某些特性或行为。需要注意的是，@Inherited annotation类型是被标注过的class的子类所继承。类并不从它所实现的接口继承annotation，方法并不从它所重载的方法继承annotation

一个注解可以有多个target（ElementType），但只能有一个retention（RetentionPolicy）。

1.2 自定义注解

使用@interface标识CustomeAnnotation是一个注解，表示扩展自java.lang.annotation.Annotation

public @interface CustomeAnnotation {}

然后需要指定注解的作用域与生命周期，使用元注解@Target和@Retention来注解CustomeAnnotation

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface CustomeAnnotation {}

上面表示CustomeAnnotation注解只能作用于方法上，并且其所携带的元数据会保留到运行时。
CustomeAnnotation没有携带元数据，意义不大，下面给注解添加参数（元数据）

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface CustomeAnnotation {
    String value() default "";
}

注解中每一个方法就是声明了一个配置参数，方法的名称就是参数的名称，返回值类型就是参数的类型。使用default定义参数默认值。
注解参数的可支持数据类型：

所有基本数据类型（int, float, boolean, byte, double, char, long, short)
String类型
Class类型
enum类型
Annotation类型
以上所有类型的数组

Annotation类型里面的参数该怎么设定:
第一，只能用public或默认（default）这两个访问权修饰。上面例子把方法设为defaul默认类型；
第二，参数成员只能用基本类型byte，short，char，int，long，float，double，boolean八种基本数据类型和String，Enum，Class，Annotations等数据类型，以及这一些类型的数组。例如，上面例子中参数名就是value，参数类型就是String。
第三，如果只有一个参数成员，最好把参数名称设为 value，后加小括号。
使用的时候通过value = <你的元数据>传递参数，如果只有一个参数，可以不写参数名，如果有多个，则需要显示声明参数名。

二 Android常见注解

2.1 Nullness注解

@NonNull

@Documented
@Retention(CLASS)
@Target({METHOD, PARAMETER, FIELD, ANNOTATION_TYPE, PACKAGE})
public @interface NonNull {
}

@Nullable

@Documented
@Retention(CLASS)
@Target({METHOD, PARAMETER, FIELD, ANNOTATION_TYPE, PACKAGE})
public @interface Nullable {
}

从名字上就可以很明显的看出，@NonNull表示这个参数、变量等不能为空，而@Nullable则表示可以为空，举个例子：

    private void test(@NonNull String test) {
        
    }

如果我们有这样的一个函数，用@NonNull注解表示参数不能为空，如果我们这样调用这个函数

    test(null);

我们会得到这样的警告提示，告诉我们这个参数被注解为@NonNull

如果我们将这个函数改为：

    private void testNonNull(@Nullable String test) {
        
    }

或者没有任何注解时，就没有提示了。

2.2 资源类型注解

所有以“Res”结尾的注解，都是资源类型注解。大概包括：@AnimatorRes、@AnimRes、@AnyRes、@ArrayRes、@AttrRes、@BoolRes、@ColorRes、@DimenRes、@DrawableRes、@FractionRes、@IdRes、@IntRes、@IntegerRes、@InterpolatorRes、@LayoutRes、@MenuRes、@PluralsRes、@RawRes、@StringRes、@StyleableRes、@StyleRes、@TransitionRes、@XmlRes

使用方法也都是类似的，这里举个例子：

@Documented
@Retention(CLASS)
@Target({METHOD, PARAMETER, FIELD, LOCAL_VARIABLE})
public @interface StringRes {
}

    private String getStringById(@StringRes int stringId) {
        return getResources().getString(stringId);
    }

如果我们这样写String name = getStringById(R.string.app_name);是不会有问题的，但是团队中的其他小伙伴在调用的时候写错了怎么办？比如String name = getStringById(R.layout.activity_main);如果@StringRes注解，我们看不到任何的提醒，而运行时就会报错，但是如果加上了@StringRes注解，我们就可以看到这样的错误提示：

2.3 线程注解

包括@AnyThread、@UiThread和@WorkerThread，表明需要运行在什么线程上。

@Documented
@Retention(CLASS)
@Target({METHOD,CONSTRUCTOR,TYPE})
public @interface WorkerThread {
}

例如有一个函数，需要做一些耗时操作，我们希望它不要运行在主线程上

    @WorkerThread
    private void testThread() {
        // 耗时操作
    }

如果我们在主线程中调用这个函数会怎么样呢？

而如果这样调用就不会有问题，这样就保证了我们这个耗时操作不会执行在主线程中。

        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                testThread();
            }
        }).start();

2.4 变量限制注解

变量限制注解主要包含@IntRange和@FloatRange两种，使用方法类似，都是限制了范围，这里以@IntRange为例。

@Retention(CLASS)
@Target({METHOD,PARAMETER,FIELD,LOCAL_VARIABLE,ANNOTATION_TYPE})
public @interface IntRange {
    /** Smallest value, inclusive */
    long from() default Long.MIN_VALUE;
    /** Largest value, inclusive */
    long to() default Long.MAX_VALUE;
}

源码中可以看到，这里包含了from()和to()，默认值分别是Long的最小值Long.MIN_VALUE和Long的最大值Long.MAX_VALUE。
例如我们有个方法，需要限制输入的范围，我可以这样写：

    private void testRange(@IntRange(from = 1, to = 10) int number) {
        
    }

如果调用者输入了一个超出范围的值时，会这样提示他。

2.5 权限注解

如果我们有方法需要使用某种权限，可以加上@RequiresPermission这个注解。

    @RequiresPermission(Manifest.permission.CALL_PHONE)
    private void testPermission() {

    }

如这里需要打电话的权限，但是我并没有在应用中加入该权限。

没有错，AS就是这么强大，会告诉我们这个权限可能会被用户拒绝，所以我们应该在代码中对这个权限进行检查。

        if (ActivityCompat.checkSelfPermission(this, Manifest.permission.CALL_PHONE) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
            // TODO: Consider calling
            //    ActivityCompat#requestPermissions
            // here to request the missing permissions, and then overriding
            //   public void onRequestPermissionsResult(int requestCode, String[] permissions,
            //                                          int[] grantResults)
            // to handle the case where the user grants the permission. See the documentation
            // for ActivityCompat#requestPermissions for more details.
            return;
        }
        testPermission();

这样就没有问题了。

2.6 结果检查注解

如果我们写了一个有返回值的函数，并且我们希望调用者对这个返回值进行使用或者检查。这个时候@CheckResult注解就派上用场了。

@Documented
@Retention(CLASS)
@Target({METHOD})
public @interface CheckResult {
    /** Defines the name of the suggested method to use instead, if applicable (using
     * the same signature format as javadoc.) If there is more than one possibility,
     * list them all separated by commas.
     * <p>
     * For example, ProcessBuilder has a method named {@code redirectErrorStream()}
     * which sounds like it might redirect the error stream. It does not. It's just
     * a getter which returns whether the process builder will redirect the error stream,
     * and to actually set it, you must call {@code redirectErrorStream(boolean)}.
     * In that case, the method should be defined like this:
     * <pre>
     *  @CheckResult(suggest="#redirectErrorStream(boolean)")
     *  public boolean redirectErrorStream() { ... }
     * </pre>
     */
    String suggest() default "";
}

比如有这样一个方法，返回了String。

    @CheckResult
    private boolean testCheckResult() {
        return true;
    }

如果我们不关心他的返回值。

提示我们结果没有被使用。如果改为boolean result = testCheckResult();就不会有问题了。@CheckResult注解保证了我们方法的返回值一定会得到使用。

2.7 CallSuper注解

如果我们有一个父类Father，有一个方法display()，有一个子类Child继承了Father，并重写了display()方法，并不会有任何问题。

class Father {
        public void display() {
            Log.i(TAG, "display: Father");
        }
    }

    class Child extends Father {
        @Override
        public void display() {
            Log.i(TAG, "display: Child");
        }
    }

但是，如果我想让子类Child在调用display()方式也将父类Father的某些信息一起打印出来怎么办？没错，在子类的display()方法中调用super.display();即可。那么，我们怎么保证子类就一定会调用super的方法呢？@CallSuper注解登场。

@Documented
@Retention(CLASS)
@Target({METHOD})
public @interface CallSuper {
}

@CallSuper注解表示重写的方法必须调用父类的方法，注意，这里的Target只有METHOD，并没有CONSTRUCTOR，所以构造函数是不能使用这个注解的。
还是刚才的例子，如果我们在父类的方法上加上@CallSuper注解，这个时候子类中重写的方法就会提示这样的错误。

这样就提醒我们需要加上super的方法。

2.8 枚举注解

Android官方强烈建议不要在Android程序里面使用到enum，官方的Training课程里面有下面这样一句话：Enums often require more than twice as much memory as static constants. You should strictly avoid using enums on Android.

既然官方都这样说了，那就尽量不要使用枚举了，可是不使用枚举使用什么呢？没错，静态常量。
举个例子，比如我自己写了一个提示框，需要提示用户一些信息，所以这样写：

public class MyTip {
    public static void show(String message) {
        // 显示提示框
    }
}

我希望这个提示框在显示一定时间后自动关掉，所以定义了两个静态常量，一个长时间一个短时间，并且作为show方法的一个参数。

public class MyTip {
    public static final int LONG_TIME = 0;
    public static final int SHORT_TIME = 1;
    
    public static void show(String message, int type) {
        // 显示提示框
    }
}

我可以这样让我的提示框显示一个较长的时间。

MyTip.show("message", MyTip.LONG_TIME);

MyTip.show("message", MyTip.LONG_TIME);

但是有个问题，这里我传入的参数是MyTip.LONG_TIME，但是实际上不管传入的是1还是0，甚至是MyTip.show("message", 2);都不会提示错误，因为只要是int就可以，这显示不是我想要的。这里我们就需要用到枚举注解了，@IntDef和@StringDef

@Retention(SOURCE)
@Target({ANNOTATION_TYPE})
public @interface IntDef {
    /** Defines the allowed constants for this element */
    long[] value() default {};

    /** Defines whether the constants can be used as a flag, or just as an enum (the default) */
    boolean flag() default false;
}

这时候我再修改一下代码

public class MyTip {
    public static final int LONG_TIME = 0;
    public static final int SHORT_TIME = 1;

    @IntDef({LONG_TIME, SHORT_TIME})
    @Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
    public @interface Type {}

    public static void show(String message, @Type int type) {
        // 显示提示框
    }
}

这里自己写了一个注解@Type，并且使用了@IntDef注解，value就是两个静态常量。这时候再看调用的地方。

是不是非常熟悉？没错，我们熟悉的Toast就是用@IntDef注解这么实现的。

    @IntDef(prefix = { "LENGTH_" }, value = {
            LENGTH_SHORT,
            LENGTH_LONG
    })
    @Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
    public @interface Duration {}


    /**
     * Set how long to show the view for.
     * @see #LENGTH_SHORT
     * @see #LENGTH_LONG
     */
    public void setDuration(@Duration int duration) {
        mDuration = duration;
        mTN.mDuration = duration;
    }

    /**
     * Return the duration.
     * @see #setDuration
     */
    @Duration
    public int getDuration() {
        return mDuration;
    }

三注解在安卓源码中的使用

3.1 注解在Lifecycle源码中的使用

Jetpack生命周期管理 -Lifecycle实战及源码分析

class ClassesInfoCache {

    private final Map<Class, CallbackInfo> mCallbackMap = new HashMap<>();//所有观察者的回调信息
    private final Map<Class, Boolean> mHasLifecycleMethods = new HashMap<>();//观察者是否有注解了生命周期的方法

    CallbackInfo getInfo(Class<?> klass) {
        CallbackInfo existing = mCallbackMap.get(klass);//如果已经存在当前观察者回调信息 直接取
        if (existing != null) {
            return existing;
        }
        existing = createInfo(klass, null);//没有就去收集信息并创建
        return existing;
    }

    private CallbackInfo createInfo(Class<?> klass, @Nullable Method[] declaredMethods) {
        Class<?> superclass = klass.getSuperclass();
        Map<MethodReference, Lifecycle.Event> handlerToEvent = new HashMap<>();//生命周期事件到来 对应的方法
        ...
        Method[] methods = declaredMethods != null ? declaredMethods : getDeclaredMethods(klass);//反射获取观察者的方法
        boolean hasLifecycleMethods = false;
        for (Method method : methods) {//遍历方法 找到注解OnLifecycleEvent
            OnLifecycleEvent annotation = method.getAnnotation(OnLifecycleEvent.class);
            if (annotation == null) {
                continue; //没有注解OnLifecycleEvent 就return
            }
            hasLifecycleMethods = true;//有注解OnLifecycleEvent
            Class<?>[] params = method.getParameterTypes(); //获取方法参数
            int callType = CALL_TYPE_NO_ARG;
            if (params.length > 0) { //有参数
                callType = CALL_TYPE_PROVIDER;
                if (!params[0].isAssignableFrom(LifecycleOwner.class)) {
                    throw new IllegalArgumentException(//第一个参数必须是LifecycleOwner
                            "invalid parameter type. Must be one and instanceof LifecycleOwner");
                }
            }
            Lifecycle.Event event = annotation.value();

            if (params.length > 1) {
                callType = CALL_TYPE_PROVIDER_WITH_EVENT;
                if (!params[1].isAssignableFrom(Lifecycle.Event.class)) {
                    throw new IllegalArgumentException(//第二个参数必须是Event
                            "invalid parameter type. second arg must be an event");
                }
                if (event != Lifecycle.Event.ON_ANY) {
                    throw new IllegalArgumentException(//有两个参数 注解值只能是ON_ANY
                            "Second arg is supported only for ON_ANY value");
                }
            }
            if (params.length > 2) { //参数不能超过两个
                throw new IllegalArgumentException("cannot have more than 2 params");
            }
            MethodReference methodReference = new MethodReference(callType, method);
            verifyAndPutHandler(handlerToEvent, methodReference, event, klass);//校验方法并加入到map handlerToEvent 中
        }
        CallbackInfo info = new CallbackInfo(handlerToEvent);//获取的 所有注解生命周期的方法handlerToEvent，构造回调信息实例
        mCallbackMap.put(klass, info);//把当前观察者的回调信息存到ClassesInfoCache中
        mHasLifecycleMethods.put(klass, hasLifecycleMethods);//记录 观察者是否有注解了生命周期的方法
        return info;
    }

    static class MethodReference {
        final int mCallType;
        final Method mMethod;

        MethodReference(int callType, Method method) {
            mCallType = callType;
            mMethod = method;
            mMethod.setAccessible(true);
        }

        void invokeCallback(LifecycleOwner source, Lifecycle.Event event, Object target) {
            //noinspection TryWithIdenticalCatches
            try {
                switch (mCallType) {
                    case CALL_TYPE_NO_ARG:
                        mMethod.invoke(target);
                        break;
                    case CALL_TYPE_PROVIDER:
                        mMethod.invoke(target, source);
                        break;
                    case CALL_TYPE_PROVIDER_WITH_EVENT:
                        mMethod.invoke(target, source, event);
                        break;
                }
            } catch (InvocationTargetException e) {
                throw new RuntimeException("Failed to call observer method", e.getCause());
            } catch (IllegalAccessException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }
}

OnLifecycleEvent annotation = method.getAnnotation(OnLifecycleEvent.class);
if (annotation == null) {
continue; //没有注解OnLifecycleEvent 就return
}

我们看下 OnLifecycleEvent注解

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target({ElementType.METHOD})
public @interface OnLifecycleEvent {
    Lifecycle.Event value();
}

    public static enum Event {
        ON_CREATE,
        ON_START,
        ON_RESUME,
        ON_PAUSE,
        ON_STOP,
        ON_DESTROY,
        ON_ANY;

        private Event() {
        }
    }

value返回Event枚举类型

//Presenter
class MyPresenter implements LifecycleObserver {
    private static final String TAG = "Lifecycle_Test";
    private final IView mView;

    public MyPresenter(IView view) {mView = view;}

    @OnLifecycleEvent(value = Lifecycle.Event.ON_START)
    private void getDataOnStart(LifecycleOwner owner){
        Log.i(TAG, "getDataOnStart: ");

        Util.checkUserStatus(result -> {
                //checkUserStatus是耗时操作，回调后检查当前生命周期状态
                if (owner.getLifecycle().getCurrentState().isAtLeast(STARTED)) {
                    start();
                    mView.showView();
                }
            });        
    }
    @OnLifecycleEvent(value = Lifecycle.Event.ON_STOP)
    private void hideDataOnStop(){
        Log.i(TAG, "hideDataOnStop: ");
        stop();
        mView.hideView();
    }
}