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Java注解与反射：从自定义注解到框架设计原理

news 2025/7/31 13:54:00

一、注解体系与自定义注解开发

1.1 注解基础架构

Java注解本质是特殊的接口，通过@interface定义：

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Cacheable {String key() default "";long expire() default 300;
}

@Target：定义作用域（方法/字段/类型等）
@Retention：生命周期（SOURCE/CLASS/RUNTIME）
@Documented：生成API文档时包含
@Inherited：允许子类继承注解

1.2 注解处理器开发

结合反射实现注解解析器：

public class AnnotationProcessor {public static void processCache(Object obj) {Class<?> clazz = obj.getClass();for (Method method : clazz.getDeclaredMethods()) {if (method.isAnnotationPresent(Cacheable.class)) {Cacheable cache = method.getAnnotation(Cacheable.class);System.out.println("Caching key: " + cache.key());// 实际开发中可接入Redis等缓存实现}}}
}

二、反射机制深度解析

2.1 核心反射API

// 获取Class对象
Class<User> userClass = User.class;
Class<?> userClass2 = Class.forName("com.example.User");// 动态创建实例
User user = userClass.getDeclaredConstructor().newInstance();// 操作字段
Field nameField = userClass.getDeclaredField("name");
nameField.setAccessible(true); // 突破private限制
nameField.set(user, "Reflection Demo");// 调用方法
Method setName = userClass.getMethod("setName", String.class);
setName.invoke(user, "Dynamic Invocation");

2.2 反射性能优化

使用MethodHandle替代直接反射调用（Java7+）
缓存Method/Field对象避免重复查找
结合Unsafe类实现更高效的字段操作（需谨慎使用）

三、框架设计原理揭秘

3.1 依赖注入容器实现

简易DI容器核心逻辑：

public class SimpleDIContainer {private Map<Class<?>, Object> beans = new HashMap<>();public void registerBean(Class<?> clazz) {if (clazz.isAnnotationPresent(Component.class)) {try {Object instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();beans.put(clazz, instance);// 自动注入字段for (Field field : clazz.getDeclaredFields()) {if (field.isAnnotationPresent(Autowired.class)) {field.set(instance, beans.get(field.getType()));}}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}
}

3.2 AOP实现原理

通过动态代理实现方法拦截：

public class AopProxy implements InvocationHandler {private Object target;public AopProxy(Object target) {this.target = target;}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {// 前置通知System.out.println("Before method: " + method.getName());Object result = method.invoke(target, args);// 后置通知System.out.println("After method: " + method.getName());return result;}
}

四、最佳实践与注意事项

注解设计规范：
- 保持注解属性简单（基本类型/String/Class）
- 提供默认值增强灵活性
- 组合使用元注解控制使用范围

反射安全使用：

// 安全访问私有字段
Field field = obj.getClass().getDeclaredField("secretField");
field.setAccessible(true);
Object value = field.get(obj);
// 恢复访问权限
field.setAccessible(false);