Java 注解底層邏輯

一、注解的本質(zhì)

注解的類型本質(zhì)上是一個特殊接口，Java 語法強(qiáng)制規(guī)定所有注解類型都會自動繼承 java.lang.annotation.Annotation 接口。

但是，雖然注解繼承的是接口，但注解并沒有普通接口的特性。在注解中，所謂的方法并不是真正的方法，而是類似于定義變量，用來聲明注解能接收哪些類型的配置項(xiàng)，例如：

public @interface MyAnno {
    String value();
    int age() default 18;
}

在上面的注解定義中，MyAnno 可以接收一個字符串類型的配置項(xiàng) value，以及一個整型的配置項(xiàng) age，其中 age 的默認(rèn)值為 18。

這些配置項(xiàng)會被編譯器寫進(jìn)字節(jié)碼的注解表中，存儲為鍵值對。運(yùn)行時 JVM 會通過動態(tài)代理生成一個實(shí)現(xiàn)了該注解接口的對象，當(dāng)調(diào)用 anno.value() 時，其實(shí)是從注解表中取出對應(yīng)的配置值。

從這里可以看出，接口只是注解的類型表現(xiàn)形式，并不具備接口的繼承和約束作用。實(shí)際上，在字節(jié)碼層面，注解是一種作用在類、方法、字段、參數(shù)等上的 元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)是“描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”，在 Excel 表格中，表頭、格式就是元數(shù)據(jù)；在 Java 中，類名、字段列表、方法簽名、訪問控制符、變量名和變量類型、方法返回類型和參數(shù)列表等，都是元數(shù)據(jù)。簡而言之，注解是一種“標(biāo)簽”，用來描述數(shù)據(jù)。

二、注解的讀取邏輯

注解本身不是一個動作，只有被讀取后才會發(fā)揮作用。讀取注解的“執(zhí)行者”可以是：

• 編譯器：例如 @Override 會在編譯階段被讀取，觸發(fā)方法重寫檢查。
• 運(yùn)行時框架：例如 Spring 中的 @Autowired，會在運(yùn)行時通過反射掃描注解并執(zhí)行依賴注入邏輯。
• 注解處理器（APT）：例如 Lombok 的 @Data，在編譯階段通過 APT 直接解析源代碼/字節(jié)碼，生成額外的代碼。

也就是說，注解是一個標(biāo)識，被相應(yīng)的讀取者掃描讀取后，才會觸發(fā)相應(yīng)的操作。

那么注解掃描是如何做到的呢？本質(zhì)就是：

1. 找到目標(biāo)類（例如限定的包路徑下的類）。
2. 使用反射或字節(jié)碼解析工具讀取元數(shù)據(jù)。
3. 判斷是否存在目標(biāo)注解，并執(zhí)行相應(yīng)邏輯。

對于大型框架來說，掃描所有類代價過高，所以通常會：

• 限定包路徑（如 Spring Boot 默認(rèn)只掃描啟動類所在包）。
• 使用懶加載。
• 使用緩存避免重復(fù)掃描。
• 借助字節(jié)碼工具（如 ASM）直接讀取 .class 文件里的注解表，而不是提前加載類。

三、注解的字節(jié)碼存儲

Java 編譯器在編譯過程中會掃描所有注解，并將其記錄到 .class 文件中的注解屬性表中。

注解信息會根據(jù)作用位置，存放在不同的結(jié)構(gòu)的 attributes[] 數(shù)組中：

• 類注解：存放在 ClassFile 的 attributes 中。
• 字段注解：存放在 field_info 的 attributes 中。
• 方法注解：存放在 method_info 的 attributes 中。
• 方法參數(shù)注解：存放在 RuntimeVisibleParameterAnnotations 或 RuntimeInvisibleParameterAnnotations 中。

注解在 .class 文件里的存儲結(jié)構(gòu)大致為：

annotation {
    u2 type_index;              // 注解類型的常量池引用，例如 "Lcom/example/MyAnno;"
    u2 num_element_value_pairs; // 注解屬性數(shù)量
    {
        u2 element_name_index;  // 屬性名常量池索引，例如 "value"
        element_value value;    // 屬性值（常量池索引或字面量）
    } num_element_value_pairs;
}

在運(yùn)行時，如果注解的保留策略是 RUNTIME，JVM 會將這些注解信息加載到內(nèi)存中，并通過反射 API 提供訪問接口，例如：

Class<?> clazz = Demo.class;
MyAnno anno = clazz.getAnnotation(MyAnno.class);
System.out.println(anno.value()); // 輸出配置的值

這樣就完成了從源碼 → 編譯 → 運(yùn)行的整個流程。

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