R5 3 type annotation

© 2013 EIICHI KIMURA. All Rights Reserved. 1
JJUG CCC 2013 Spring - [R5-3] #ccc_r53
Type Annotationって何 ?
それを使うとプログラムはどう変わる ?
2013/5/11
木村英一(@kimuchi583)
2013/5/11 15:15-16:05

某メーカー/SIer で Java 技術支援や、新機能をいち早く普
及展開することに精力を注いでいます。ただ、イマイチ、新し
いバージョンに移ってくれないのが悩みのタネ。Java との出会
いは v1.02 の頃。あれよ、あれよという間に 17年もってしまいま
した。乗り鉄 & 撮り鉄。
WebSite(1) ー "Java etc..." - http://kimuchi583.at.webry.info/
WebSIte(2) ー http://blog.kimu2.jp/
Tweitter ー @kimuchi583
2013/5/11 15:15-16:05© 2013 EIICHI KIMURA. All Rights Reserved. 2
木村って、どこのどいつ ?

Annotationについて
2013/5/11 15:15-16:05

Java5から導入されたアノテーション
使ったことありますか ?
@Deprecated
@Override
@SupressWarnings
@SafeVarargs(Java SE 7 から)
© 2013 EIICHI KIMURA. All Rights Reserved. 42013/5/11 15:15-16:05

Java8には82個のアノテーションが定義されている
ANNOTATION_TYPE
(アノテーション型)
PACKAGE
(パッケージ)
TYPE
(型・クラス)
FIELD
(フィールド)
METHOD
(メソッド)
CONSTRUCTOR
(コンストラクタ)
PARAMETER
(パラメータ)
LOCAL_VARIABLE
(ローカル変数)
TYPE_PARAMETER
(型パラメータ)
TYPE_USE
(型の利用)
型アノテーション
1 javax.xml.ws Action JAX-WS 2.1 〇〇〇
2 javax.xml.ws.soap Addressing JAX-WS 2.1 〇〇〇〇〇
3 javax.xml.ws BindingType JAX-WS 2.0 〇〇〇
4 java.beans ConstructorProperties Java SE 6 〇〇〇
5 java.lang Deprecated Java SE 5.0 〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇
6 javax.management DescriptorKey Java SE 6 〇〇〇
7 java.lang.annotation Documented Java SE 5.0 〇〇〇
8 javax.xml.ws FaultAction JAX-WS 2.1 〇〇〇
9 java.lang FunctionalInterface Java SE 8 〇〇〇
10 javax.annotation Generated Common Annotation 1.0 〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇
11 javax.tools.annotation GenerateNativeHeader Java SE 8 〇〇〇
12 javax.jws HandlerChain 〇〇〇〇
13 java.lang.annotation Inherited Java SE 5.0 〇〇〇
14 javax.jws.soap InitParam 〇
15 javax.xml.ws.soap MTOM JAX-WS 2.1 〇〇〇〇〇〇
16 javax.management MXBean Java SE 6 〇〇〇
17 java.lang.annotation Native Java SE 8 〇〇〇
18 javax.jws Oneway 〇〇
19 java.lang Override Java SE 5.0 〇〇
20 javax.annotation PostConstruct Common Annotation 1.0 〇〇〇
21 javax.annotation PreDestroy Common Annotation 1.0 〇〇〇
22 java.lang.annotation Repeatable Java SE 8 〇〇〇
23 javax.xml.ws RequestWrapper JAX-WS 2.0 〇〇〇
24 javax.annotation Resource Common Annotation 1.0 〇〇〇〇
25 javax.annotation Resources Common Annotation 1.0 〇〇〇
26 javax.xml.ws RespectBinding JAX-WS 2.1 〇〇〇〇〇〇
27 javax.xml.ws ResponseWrapper JAX-WS 2.0 〇〇〇
28 java.lang.annotation Retention Java SE 5.0 〇〇〇
29 java.lang SafeVarargs Java SE 7 〇〇〇〇
30 javax.xml.ws ServiceMode JAX-WS 2.0 〇〇〇〇
31 javax.jws.soap SOAPBinding 〇〇〇
32 javax.jws.soap SOAPMessageHandler 〇
33 javax.jws.soap SOAPMessageHandlers 〇〇〇
34 javax.annotation.processing SupportedAnnotationTypes Java SE 6 〇〇〇
35 javax.annotation.processing SupportedOptions Java SE 6 〇〇〇
36 javax.annotation.processing SupportedSourceVersion Java SE 6 〇〇〇
37 java.lang SuppressWarnings Java SE 5.0 〇〇〇〇〇〇〇
38 java.lang.annotation Target 〇〇〇
39 java.beans Transient Java SE 7 〇〇
40 javax.xml.ws WebEndpoint JAX-WS 2.0 〇〇〇
41 javax.xml.ws WebFault JAX-WS 2.0 〇〇〇
42 javax.jws WebMethod 〇〇
43 javax.jws WebParam 〇〇
44 javax.jws WebResult 〇〇
45 javax.jws WebService 〇〇
46 javax.xml.ws WebServiceClient JAX-WS 2.0 〇〇〇
47 javax.xml.ws.spi WebServiceFeatureAnnotation JAX-WS 2.1 〇〇〇
48 javax.xml.ws WebServiceProvider JAX-WS 2.0 〇〇〇
49 javax.xml.ws WebServiceRef JAX-WS 2.0 〇〇〇〇〇
50 javax.xml.ws WebServiceRefs JAX-WS 2.0 〇〇〇
51 javax.xml.bind.annotation XmlAccessorOrder JAXB 2.0 〇〇〇〇
52 javax.xml.bind.annotation XmlAccessorType JAXB 2.0 〇〇〇〇
53 javax.xml.bind.annotation XmlAnyAttribute JAXB 2.0 〇〇〇
54 javax.xml.bind.annotation XmlAnyElement JAXB 2.0 〇〇〇
55 javax.xml.bind.annotation XmlAttachmentRef JAXB 2.0 〇〇〇〇
56 javax.xml.bind.annotation XmlAttribute JAXB 2.0 〇〇〇
57 javax.xml.bind.annotation XmlElement JAXB 2.0 〇〇〇〇
58 javax.xml.bind.annotation XmlElementDecl JAXB 2.0 〇〇
59 javax.xml.bind.annotation XmlElementRef JAXB 2.0 〇〇〇
60 javax.xml.bind.annotation XmlElementRefs JAXB 2.0 〇〇〇
61 javax.xml.bind.annotation XmlElements JAXB 2.0 〇〇〇
62 javax.xml.bind.annotation XmlElementWrapper JAXB 2.0 〇〇〇
63 javax.xml.bind.annotation XmlEnum JAXB 2.0 〇〇
64 javax.xml.bind.annotation XmlEnumValue JAXB 2.0 〇〇
65 javax.xml.bind.annotation XmlID JAXB 2.0 〇〇〇
66 javax.xml.bind.annotation XmlIDREF JAXB 2.0 〇〇〇
67 javax.xml.bind.annotation XmlInlineBinaryData JAXB 2.0 〇〇〇〇
68 javax.xml.bind.annotation.adapters XmlJavaTypeAdapter JAXB 2.0 〇〇〇〇〇〇
69 javax.xml.bind.annotation.adapters XmlJavaTypeAdapters JAXB 2.0 〇〇
70 javax.xml.bind.annotation XmlList JAXB 2.0 〇〇〇〇
71 javax.xml.bind.annotation XmlMimeType JAXB 2.0 〇〇〇〇
72 javax.xml.bind.annotation XmlMixed JAXB 2.0 〇〇〇
73 javax.xml.bind.annotation XmlNs JAXB 2.0 〇
74 javax.xml.bind.annotation XmlRegistry JAXB 2.0 〇〇
75 javax.xml.bind.annotation XmlRootElement JAXB 2.0 〇〇
76 javax.xml.bind.annotation XmlSchema JAXB 2.0 〇〇
77 javax.xml.bind.annotation XmlSchemaType JAXB 2.0 〇〇〇〇
78 javax.xml.bind.annotation XmlSchemaTypes JAXB 2.0 〇〇
79 javax.xml.bind.annotation XmlSeeAlso JAXB 2.1 〇〇
80 javax.xml.bind.annotation XmlTransient JAXB 2.0 〇〇〇〇
81 javax.xml.bind.annotation XmlType JAXB 2.0 〇〇
82 javax.xml.bind.annotation XmlValue JAXB 2.0 〇〇〇
@Deprecated @Documented @WebServiceFeatureAnnotation@Inherited
Java SE 8～
宣言アノテーション
@Target @Retention
Java SE 5.0 ～
# 導入バージョン
RUNTIME SOURCE
アノテーション型
パッケージアノテーション名
2013/5/11 15:15-16:05

これ以外に、JavaEEなど他のAPIでも使われています
 Java EE 6 - Servlet, EJB
 @EJB, @Stateless, @Stateful,
@Singleton, ...
 @WebServlet, @WebFilter, @WebListener, ...
 CDI
 @Model, @SessionScope, @Inject, ...
 JPA
 @Entity, @Table, @ID, @OneToMany, ...

もちろん、自分でも作れます...
アノテーション型 : Annotation Type
public @interface Copyright {
String value();
}

JavaSE5~7で使えるアノテーション型のソース
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Override { }
@Target( // "ElementType." は省略してます ...
{ TYPE, FIELD, METHOD, PARAMETER,
CONSTRUCTOR, LOCAL_VARIABLE })
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface SuppressWarnings
{ String[] value(); }

アノテーションの利用例:Java8のソースから引用
 String クラスのコンストラクタ
@Deprecated
public String(byte ascii[], int hibyte) {
this(ascii, hibyte, 0, ascii.length);
}
 Interger クラスの hashCode メソッド
@Override
public int hashCode() {
return Integer.hashCode(value);
}

TypeAnnotationについて

アノテーション型 :
Annotation Type
と
型アノテーション :
Type Annotation
は違います !!

アノテーション型には2種類あります
 宣言アノテーション
 @Target が ElementType.TYPE_USE 以外のアノテーション
 ElementType.ANNOTATION_TYPE
 ElementType.CONSTRUCTOR
 ElementType.FIELD
 ElementType.LOCAL_VARIABLE
 ElementType.METHOD
 ElementType.PACKAGE
 ElementType.PARAMETER
 ElementType.TYPE
 ElementType.TYPE_PARAMETER : @since JDK8
 型アノテーション
 @Target が ElementType.TYPE_USE のアノテーション

JavaSE5~7のアノテーションは
宣言アノテーション
 宣言対象に対するアノテーションのみ
 パッケージ宣言、クラス・インタフェース宣言、メソッド・コンスト
ラクタ宣言、フィールド宣言、メソッドの仮引数宣言、ローカ
ル変数宣言の箇所で使用できた。
 (除く) ジェネリックの型パラメータ宣言
 型利用に対するアノテーションはできない

JavaSE8で型の使用に対しても記述できるようにする
型アノテーション
 宣言に対してではなく、型の利用に対して利用できる。
 たとえば、型限定子として、
 メソッド仮引数、メソッド返却、レシーバの型の使用に対して
 ジェネリックの型パラメータ、キャストでの型の利用に対して
 (除) import 文、クラスリテラル(XXX.class)、static メンバアク
セスのクラス名, アノテーション ⇒ これらは、型の使用とは解釈
されない。

言語仕様上は...

型アノテーションを利用する構文のみ規定している
 型アノテーションを利用できる構文を規定
型が使われている箇所に前置する

例1.クラス周りでは
 コンストラクタ呼出し(オブジェクト生成)
 new @Interned MyObject()
 new @NonEmpty @Readonly
List<String>(myNonEmptyStringSet)
 myVar . new @Tainted NestedClass()
 クラス継承
 class UnmodifiableList<T> implements
@Readonly List<@Readonly T> { ... }

例2.式・文まわりでは
 throws 句
 void monitorTemperature() throws
@Critical TemperatureException { ... }
 キャスト式
 myString = (@NonNull String) myObject;
 instanceof 式(型検査)
 boolean isNonNull =
myString instanceof @NonNull String;

例3.ジェネリック周りでは...
 ジェネリッククラスの型アーギュメント
 Map<@NonNull String,
@NonEmpty List<@Readonly Document>>
files;
 ジェネリックメソッド・コンストラクタ呼出し時の型アーギュメ
ント
 o.<@NonNull String>m("...");
 ジェネリックの型制約(bounds)
 class Folder<F extends @Existing File>
{ ... }
 Collection<? super @Existing File>

例4.配列周りでは... 指定場所で意味が変わる
 @Readonly Doc[][] d1 = new @Readonly Doc [2][12];
// "read-only な Doc" の配列の配列
 Doc @Readonly [][] d2 = new Doc @Readonly [2][12];
// Doc の配列の "read-only な配列"
 Doc[] @Readonly [] d3 = new Doc[2] @Readonly [12];
// Doc の "read-only な配列" の配列

例5.レシーバ用にメソッド引数宣言の構文が拡張!
 インスタンスメソッドのレシーバ(this)
 [通常のコード] は this を引数に書かない
class MyClass {
...
public String toString() { ... }
public boolean equals(Object other) { ... }
}
 [レシーバに型アノテーションを指定する] ときは this 引数宣言する
class MyClass {
...
public String toString(@Readonly MyClass this)
{ ... }
public boolean equals(@Readonly MyClass this,
@Readonly Object other)
{ ... }
}

例6.型利用でない場所-型アノテーションが書けず!!
 アノテーション型に対するアノテーション
 クラスリテラル
Class c = @NonNull Integer.class; // NG
Class c = Integer @NonNull[].class; // NG
 import 文
import java.lang.@Interned String; // NG
import @Interned java.lang.String; // NG
 static メンバアクセス
 @Interned String . valueOf(10); // NG

 @NonNull
 @Interned
 @ReadOnly
 @NotEmpty
 @Critical
 @Tainted
 @Existing
使いたくなりましたか?

型アノテーションの意味は規定しない
しかし
型アノテーションの
意味(セマンティック)は規定しない !!
つまり、利用イメージの例を紹介しましたが、
Java 言語仕様で、これらの型アノテーション
の意味は規定していない。

型アノテーションの意味は規定しない
さらに
Java SE 8 で
事前定義された型アノテーションは
(今のところ)ない !!
型アノテーションの提供側が、
その型アノテーションと、その意味との両方を与える。

CheckerFramework

 v1.6.3 - 2013/5/1 版
 http://types.cs.washington.edu/checker-framework/
 Windows 版の起動方法
 java -jar %CHECKERS%¥binary¥checkers.jar
-processor checkers.nullness.NullnessChecker
xxx.java
 java は JDK6, JDK7 でも OK !!
CheckerFramework

提供されるチェッカ
1. Nullness checker : ヌルポインターエラーチェック用
2. Interning checker : intern 化と等価検査エラーチェック用
3. Lock checker :並行処理とロック関連エラーチェック用
4. Fake enum checker : 型安全 enum パターンの許可向け
5. Tainting checker : 信頼性とセキュリティエラーチェック用
6. Regex checker : 構文不正の正規表現チェック用
7. Property file checker : プロパティ、リソースバンドル利用時の妥当にキーを使用しているかの
チェック用(国際化含)。
8. Signature string checker : 型の文字列表現を適切に利用しているかのチェック用
(Class.forName()など)。
9. Units checker : 正しい計測単位で処理されているかのチェック用
10. Linear checker : 別名及び、再利用の制御向け
11. IGJ checker : 可変エラー(不正な副作用)向け(IGJ 型システム)
12. Javari checker : 可変エラー(不正な副作用)向け(Javari型システム)
13. Basic checker : カスタマイズ検査用
14. Typestate checker : オブジェクトの正しい状態で処理が行われているかのチェック用
15.その他

NullPointerException!!-従来は実行時エラー
public class GetStarted1 {
public static void main(String args[]) {
new GetStarted1().sample();
}
void sample() {
Object o_ref = null;
String s_ref = o_ref.toString();
}
}
> javac GetStarted1.java
> java GetStarted1
Exception in thread "main"
java.lang.NullPointerException
at GetStarted1.sample(GetStarted1.java:9)
at GetStarted1.main(GetStarted1.java:5)

NullnessChecker- NonNullチェック(参照)
import checkers.nullness.quals.*;
public class GetStarted1 { // main()は割愛
void sample() {
Object o_ref = null;
}
}
> java -jar %CHECKERS%¥binary¥checkers.jar
-processor checkers.nullness.NullnessChecker
GetStarted1.java
GetStarted1.java:6: エラー:
dereference of possibly-null reference ref
^
エラー1個

NullnessChecker- NonNullチェック(代入)
void sample() {
@NonNull Object o_ref = null;
}
}
java -jar %CHECKERS%¥binary¥checkers.jar
-processor checkers.nullness.NullnessChecker GetStarted1.java
incompatible types in assignment.
@NonNull Object ref = null;
^
found : null
required: @NonNull Object
エラー1個

NullnessChecker- 冗長コードの指摘
void sample() {
@NonNull String s_ref = "xxxx";
if(s_ref != null) System.out.println(s_ref);
}
}
java -jar %CHECKERS%¥binary¥checkers.jar -Alint
GetStarted1.java:9: 警告:
redundant check; "ref" is non-null
if (ref != null) {
System.out.println(ref.toString()); }
^
警告1個

NullnessChecker- 冗長コードの指摘
@Nullable String getXXXX() { return "xxxx"; }
void sample() {
@NonNull String s_ref = getXXXX();
}
}
incompatible types in assignment.
@NonNull String ref = getXXXX();
^
found : @Nullable String
required: @NonNull String
エラー1個

NullnessChecker- 警告抑制
@Nullable String getXXXX() { return "xxxx"; }
@SuppressWarnings("nullness")
void sample() {
@NonNull String s_ref = getXXXX();
}
}

InterningChecker
import checkers.interning.quals.*;
public class InternedTest {
public static void main(String aegs[]) {
@Interned String s1 = new @Interned String("aaa");
String s3 = new String("aaa");
if(s1 == s2) { System.out.println("s1 == s2"); }
if(s1.equals(s2)) { System.out.println("s1.equlas(s2)");}
if(s1.equals(s3)) { System.out.println("s1.equlas(s3)"); }
}
}

-processor checkers.interning.InternedChecker
InternedTest.java
InternedTest.java:10: エラー:
attempting to use a non-@Interned comparison operand
^
found: String
InternedTest.java:11: エラー:
attempting to use a non-@Interned comparison operand
^
found: String
InternedTest.java:12: 警告:
use of .equals can be safely replaced by ==/!=
^
エラー2個
警告1個

InterningChecker
// if(s1 == s3) { System.out.println("s1 == s3"); }
}
}

エラー部分をコメントにして、実行してみると...
>java InternedTest
s1.equlas(s2)
s1.equlas(s3)
s2.equlas(s3)
"s1 == s2" が表示さない !!
@Interned 同士の "==" は false
つまり、"s1 != s2" である。
実行時の結果保証まではしない !!

InterningChecker
@Interned String s1 = (new String("aaa")).intern();
@Interned String s2 = (new String("aaa")).intern();
}
}

エラー部分をコメントにして、実行してみると...
>java InternedTest
s1 == s2
s1.equlas(s2)
s1.equlas(s3)
s2.equlas(s3)
intern()を呼出すのはプログラマの責任

finalフィールドって、何がfinal - エラーになるのは ?
public class ImmutableTest1 {
static final int[][] iaa = new int[10][10];
static {
for(int i = 0; i < 10; i++) {
for(int j = 0; j < 10; j++) {
iaa[i][j] = i*10 + j;
}
}
}
iaa[0][0] = 100; // (1)
iaa[1] = new int[10]; // (2)
iaa = new int[10][10]; // (3)
}
}

ImmutableTest1.java:14: エラー:
final変数iaaに値を代入することはできません
iaa = new int[10][10]; //(3)
^
エラー1個
iaa [0]
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[3]
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[0]
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[2]
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: ...
...
...
...
...
...
: : : : ::
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[3]
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[3]
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[9]
: ...
...
...
...
...
...
: : : : ::
ここが
final
2013/5/11 15:15-16:05

では、要素を変更できないようにするには(1)
static final int @ReadOnly[][] iaa =
new int[10][10];
iaa[0][0] = 100; // (1)
iaa[1] = new int[10]; // (2)
// iaa = new int[10][10]; // (3)
}
}
Cannot (re-)assign iaa through the reference:
@IGJBottom int @ReadOnly [] @Mutable []
iaa[1] = new int[10]; // (2)
^
エラー1個

iaa [0]
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: ...
...
...
...
...
...
: : : : ::
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: ...
...
...
...
...
...
: : : : ::
ここが
final
ここが
@ReadOnly
2013/5/11 15:15-16:05

では、要素を変更できないようにするには(2)
static final int @ReadOnly[] @ReadOnly[] iaa =
new int[10][10];
iaa[0][0] = 100; // (1)
iaa[1] = new int[10]; // (2)
// iaa = new int[10][10]; // (3)
}
}

では、要素を変更できないようにするには
@IGJBottom int @ReadOnly []
iaa[0][0] = 100; // (1)
^
@IGJBottom int @ReadOnly [] @ReadOnly []
iaa[1] = new int[10]; // (2)
^
エラー2個

iaa [0]
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...
...
...
...
...
: : : : ::
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[9]
: ...
...
...
...
...
...
: : : : ::
ここが
final
ここが
@ReadOnly
ここも
@ReadOnly
2013/5/11 15:15-16:05

@Immutablevs.@ReadOnly
@Immutable はインスタンスの内容の変更ができない
@ReadOnly は、その参照を通してのみ内容変更ができない。
GregorianCalendar gc2 = new GregorianCalendar();
GregorianCalendar gc3 = new GregorianCalendar();
@Immutable GregorianCalendar im_gc1 =
new @Immutable GregorianCalendar(); // OK
@Immutable GregorianCalendar im_gc2 = gc2; // NG
@ReadOnly GregorianCalendar ro_gc = gc3; // OK
gc2.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 1); // OK
gc3.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 1); // OK
ro_gc.add(Calendar.DAY_OF_MONTH, 1); // NG

参照とデータ変更の関係図(前頁のコード)
gc2
gc3
Gregorian
Calendar
Gregorian
Calendar
im_gc1
Gregorian
Calendar
@Immutable
im_gc2
@Immutable
@Immutable
ro_gc
@ReadOnly
参照 OK
変更 OK
参照 OK
変更 OK
参照 NG
変更 ---
参照 OK
変更 NG
参照 OK
変更 NG
2013/5/11 15:15-16:05

無印(@Mutable) vs @ReadOnly vs. @Immutable
g_cal
Gregorian
Calendar
im_g_cal
Gregorian
Calendar
@Immutable
@Immutable
ro_g_cal
参照 OK
変更 OK
参照 OK
変更 NG
Gregorian
Calendar
@ReadOnly
参照 OK
変更 NG
@ReadOnly
参照 OK
変更 NG
参照 OK
変更 NG

 //*>>> import checkers.nullness.quals.*;*/
void sample() {
/*@NonNull*/ Object o_ref = null;
}
}
 class MyClass {
...
public String toString(/*>>> @Readonly MyClass this*/)
{ ... }
public boolean equals(/*>>> @Readonly MyClass this,
@Readonly*/ Object other)
{ ... }
}
CheckerFrameworkはJDK7でも使える

JavaSE8EarlyAccess

JavaSE8EarlyAccess
 Java SE 8 Early Access b89('13/5/9現在)
 http://jdk8.java.net/download.html
 Type Annotation を作れます
 Type Annotation 構文を認識します
 型アノテーションを記述していなくても this 引数をインスタンスメ
ソッドの最初に引数に記述できる

 型アノテーションは型の使用に対するアノテーション
 実行時エラーになる前、コンパイル時にできるだけバグ
の芽をつむために利用できる
 ただ、JDK8 で標準的な型アノテーションはない
 ツールなどで用意されているものをうまく活用しよう
 Checker Framework は、その選択肢の一つ
 ソースコードがごちゃごちゃする感も否めない
 自分で型アノテーションを作ることもできる
まとめ

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