浅谈Java/Android下的注解

什么是注解

java.lang.annotation，接口 Annotation，在JDK5.0及以后版本引入。

注解是代码里的特殊标记，这些标记可以在编译、类加载、运行时被读取，并执行相应的处理。通过使用Annotation，开发人员可以在不改变原有逻辑的情况下，在源文件中嵌入一些补充的信息。代码分析工具、开发工具和部署工具可以通过这些补充信息进行验证、处理或者进行部署。

Annotation不能运行，它只有成员变量，没有方法。Annotation跟public、final等修饰符的地位一样，都是程序元素的一部分，Annotation不能作为一个程序元素使用。

注解的作用

注解将一些本来重复性的工作，变成程序自动完成，简化和自动化该过程。比如用于生成Java doc，比如编译时进行格式检查，比如自动生成代码等，用于提升软件的质量和提高软件的生产效率。

常见的注解

Java/Android已经定义好的注解大致分为4种,称之为4大元注解：

@Retention：定义该Annotation被保留的时间长度

• RetentionPoicy.SOURCE:注解只保留在源文件，当Java文件编译成class文件的时候，注解被遗弃；用于做一些检查性的操作，比如 @Override 和 @SuppressWarnings
• RetentionPoicy.CLASS:注解被保留到class文件，但jvm加载class文件时候被遗弃，这是默认的生命周期；用于在编译时进行一些预处理操作，比如生成一些辅助代码（如 ButterKnife）
• RetentionPoicy.RUNTIME:注解不仅被保存到class文件中，jvm加载class文件之后，仍然存在；用于在运行时去动态获取注解信息。这个注解大都会与反射一起使用

@Target:定义了Annotation所修饰的对象范围

• ElementType.CONSTRUCTOR:用于描述构造器
• ElementType.FIELD:用于描述域
• ElementType.LOCAL_VARIABLE:用于描述局部变量
• ElementType.METHOD:用于描述方法
• ElementType.PACKAGE:用于描述包
• ElementType.PARAMETER:用于描述参数
• ElementType.TYPE:用于描述类、接口(包括注解类型) 或enum声明

未标注则表示可修饰所有

@Inherited:是否允许子类继承父类的注解,默认是false

@Documented 是否会保存到 Javadoc 文档中

自定义注解

自定义注解中使用到较多的是运行时注解和编译时注解

运行时注解

下面通过一个简单的动态绑定控件的例子来说明

首先定义一个简单的自定义注解,

@Target({ElementType.FIELD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface BindView {
    int value() default  -1;
}

然后在app运行时,通过反射将findViewbyId()得到的控件，注入到我们需要的变量中。

public class AnnotationActivity extends AppCompatActivity {

    @BindView(R.id.annotation_tv)
    private TextView mTv;

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_annotation);

        getAllAnnotationView();

        mTv.setText("Annotation");
    }

    private void getAllAnnotationView() {
        //获得成员变量
        Field[] fields = this.getClass().getDeclaredFields();

        for (Field field : fields) {
            try {
                //判断注解
                if (field.getAnnotations() != null) {
                    //确定注解类型
                    if (field.isAnnotationPresent(BindView.class)) {
                        //允许修改反射属性
                        field.setAccessible(true);
                        BindView bindView = field.getAnnotation(BindView.class);
                        //findViewById将注解的id，找到View注入成员变量中
                        field.set(this, findViewById(bindView.value()));
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

最后mTv上显示的就是我们想要的“Annotation”文字,这看起来是不是有点像ButterKnife,但是要注意反射是很消耗性能的,

所以我们常用的控件绑定库ButterKnife并不是采用运行时注解,而是采用的编译时注解.

编译时注解

定义

在说编译时注解之前,我们得先提一提注解处理器AbstractProcessor。
它是javac的一个工具,用来在编译时扫描和处理注解Annotation,你可以自定义注解,并注册到相应的注解处理器,由注解处理器来处理你的注解。

一个注解的注解处理器，以Java代码(或者编译过的字节码)作为输入,生成文件(通畅是.java文件)作为输出。这些由注解器生成的.java代码和普通的.java一样,可以被javac编译。

导入

因为AbstractProcessor是javac中的一个工具,所以在Android的工程下没法直接调用。下面提供一个本人尝试可行的导入方式。

File-->New Module-->java library 新建一个java module,注意一定要是java library,不是Android library

接下来就可以在对应的library中使用AbstractProcessor了

准备工作完成之后,下面通过一个简单的注解绑定控件的例子来讲述

工程目录

--app                 (主工程)
--app_annotation      (java module 自定义注解)
--annotation-api      (Android module)
--app_compiler        (java module 注解处理器逻辑)

在annotation module下创建注解

@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
public @interface BindView {
    //绑定控件
    int value();
}

在compiler module下创建注解处理器 CustomProcessor

public class CustomProcessor extends AbstractProcessor {
    //文件相关的辅助类
    private Filer mFiler;
    //元素相关的辅助类
    private Elements mElements;
    
    //初始化参数
    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnvironment) {
        super.init(processingEnvironment);
        mElements = processingEnvironment.getElementUtils();
        mFiler = processingEnvironment.getFiler();
    }
    
    //核心处理逻辑,相当于java中的主函数main(),你需要在这里编写你自己定义的注解的处理逻辑
    //返回值 true时表示当前处理,不允许后续的注解器处理
    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment env) {
        return true;
    }

    //自定义注解集合
    @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
        Set<String> types = new LinkedHashSet<>();
        types.add(BindView.class.getCanonicalName());
        return types;
    }

    @Override
    public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {
        return SourceVersion.latestSupported();
    }
}

其中核心代码process函数有两个参数,我们重点关注第二个参数,因为env表示的是所有注解的集合

首先我们先简单的说明一下porcess的处理流程

1. 遍历env,得到我们需要的元素列表
2. 将元素列表封装成对象,方便之后的处理(如同平时解析json数据一样)
3. 通过JavaPoet库将对象以我们期望的形式生成java文件

1. 遍历env,得到我们需要的元素列表

for(Element element : roundEnvironment.getElementsAnnotatedWith(BindView.class)){
    // todo ....

    // 判断元素的类型为Class
    if (element.getKind() == ElementKind.CLASS) {
        // 显示转换元素类型
        TypeElement typeElement = (TypeElement) element;
        // 输出元素名称
        System.out.println(typeElement.getSimpleName());
        // 输出注解属性值
        System.out.println(typeElement.getAnnotation(BindView.class).value());
    }
}

直接通过getElementsAnnotatedWith函数就能获取到需要的注解的列表,函数体内加了些element简单的使用

2.将元素列表封装成对象,方便之后的处理

首先,我们需要明确,在绑定控件的这个事件下，我们需要的是控件的id。

新建类 BindViewField.class 用来保存自定义注解BindView相关的属性

BindViewField.class

public class BindViewField {

    private VariableElement mFieldElement;

    private int mResId;

    public BindViewField(Element element) throws IllegalArgumentException {
        if (element.getKind() != ElementKind.FIELD) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("Only field can be annotated with @%s",
                    BindView.class.getSimpleName()));
        }
        mFieldElement = (VariableElement) element;
        BindView bindView = mFieldElement.getAnnotation(BindView.class);
        mResId = bindView.value();
        if (mResId < 0) {
            throw new IllegalArgumentException(String.format("value() in %s for field % is not valid",
                    BindView.class.getSimpleName(), mFieldElement.getSimpleName()));
        }
    }

    public Name getFieldName() {
        return mFieldElement.getSimpleName();
    }

    public int getResId() {
        return mResId;
    }

    public TypeMirror getFieldType() {
        return mFieldElement.asType();
    }
}

上述的BindViewField只能表示一个自定义注解bindView对象,而一个类中很可能会有多个自定义注解,所以还需要创建一个对象Annotation.class来管理自定义注解集合、

AnnotatedClass.class

public class AnnotatedClass {

    //类
    public TypeElement mClassElement;

    //类内的注解变量
    public List<BindViewField> mFiled;

    //元素帮助类
    public Elements mElementUtils;

    public AnnotatedClass(TypeElement classElement, Elements elementUtils) {
        this.mClassElement = classElement;
        this.mElementUtils = elementUtils;
        this.mFiled = new ArrayList<>();
    }
    
    //添加注解变量
    public void addField(BindViewField field) {
        mFiled.add(field);
    }
    
    //获取包名
    public String getPackageName(TypeElement type) {
        return mElementUtils.getPackageOf(type).getQualifiedName().toString();
    }
    
    //获取类名
    private static String getClassName(TypeElement type, String packageName) {
        int packageLen = packageName.length() + 1;
        return type.getQualifiedName().toString().substring(packageLen).replace('.', '$');
    }
}

给上完整的解析流程

//解析过后的目标注解集合
private Map<String, AnnotatedClass> mAnnotatedClassMap = new HashMap<>();

@Override
public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {
    mAnnotatedClassMap.clear();
    try {
        processBindView(roundEnvironment);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
        return true;
    }
    return true;
}

private void processBindView(RoundEnvironment env) {
    for (Element element : env.getElementsAnnotatedWith(BindView.class)) {
        AnnotatedClass annotatedClass = getAnnotatedClass(element);
        BindViewField field = new BindViewField(element);
        annotatedClass.addField(field);
        System.out.print("p_element=" + element.getSimpleName() + ",p_set=" + element.getModifiers());
    }
}

private AnnotatedClass getAnnotatedClass(Element element) {
    TypeElement encloseElement = (TypeElement) element.getEnclosingElement();
    String fullClassName = encloseElement.getQualifiedName().toString();
    AnnotatedClass annotatedClass = mAnnotatedClassMap.get(fullClassName);
    if (annotatedClass == null) {
        annotatedClass = new AnnotatedClass(encloseElement, mElements);
        mAnnotatedClassMap.put(fullClassName, annotatedClass);
    }
    return annotatedClass;
}

3.通过JavaPoet库将对象以我们期望的形式生成java文件

通过上述两步成功获取了自定义注解的元素对象,但是还是缺少一步关键的步骤,缺少一步findViewById(),实际上ButterKnife这个很出名的库也并没有省略findViewById()这一个步骤,只是在编译的时候，在build/generated/source/apt/debug下生成了一个文件,帮忙执行了findViewById()这一行为而已。

同样的,我们这里也需要生成一个java文件,采用的是JavaPoet这个库。具体的使用 参考链接

在process函数中增加生成java文件的逻辑

@Override
public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {
    mAnnotatedClassMap.clear();
    try {
        processBindView(roundEnvironment);
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
        return true;
    }

    try {
        for (AnnotatedClass annotatedClass : mAnnotatedClassMap.values()) {
            annotatedClass.generateFinder().writeTo(mFiler);
        }
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return true;
}

其中核心逻辑annotatedClass.generateFinder().writeTo(mFiler);
具体实现在AnnotatedClass中

public JavaFile generateFinder() {

    //构建 inject 方法
    MethodSpec.Builder methodBuilder = MethodSpec.methodBuilder("inject")
            .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
            .addAnnotation(Override.class)
            .addParameter(TypeName.get(mClassElement.asType()), "host", Modifier.FINAL)
            .addParameter(TypeName.OBJECT, "source")
            .addParameter(Utils.FINDER, "finder");

    //inject函数内的核心逻辑,
    // host.btn1=(Button)finder.findView(source,2131427450);  ----生成代码
    // host.$N=($T)finder.findView(source,$L)                 ----原始代码
    // 对比就会发现这里执行了实际的findViewById绑定事件
    for (BindViewField field : mFiled) {
        methodBuilder.addStatement("host.$N=($T)finder.findView(source,$L)", field.getFieldName()
                , ClassName.get(field.getFieldType()), field.getResId());
    }

    String packageName = getPackageName(mClassElement);
    String className = getClassName(mClassElement, packageName);
    ClassName bindClassName = ClassName.get(packageName, className);

    //构建类对象
    TypeSpec finderClass = TypeSpec.classBuilder(bindClassName.simpleName() + "$$Injector")
            .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
            .addSuperinterface(ParameterizedTypeName.get(Utils.INJECTOR, TypeName.get(mClassElement.asType())))   //继承接口
            .addMethod(methodBuilder.build())
            .build();

    return JavaFile.builder(packageName, finderClass).build();
}

到这里,大部分逻辑都已实现,用来绑定控件的辅助类也已通关JavaPoet生成了，只差最后一步,宿主注册,如同ButterKnife一般，ButterKnife.bind(this)

编写调用接口

在annotation-api下新建

注入接口Injector

public interface Injector<T> {

    void inject(T host, Object source, Finder finder);
}

宿主通用接口Finder(方便之后扩展到view和fragment)

public interface Finder {

    Context getContext(Object source);

    View findView(Object source, int id);
}

activity实现类 ActivityFinder

public class ActivityFinder implements Finder{

    @Override
    public Context getContext(Object source) {
        return (Activity) source;
    }

    @Override
    public View findView(Object source, int id) {
        return ((Activity) (source)).findViewById(id);
    }
}

核心实现类 ButterKnife

public class ButterKnife {

    private static final ActivityFinder finder = new ActivityFinder();
    private static Map<String, Injector> FINDER_MAP = new HashMap<>();

    public static void bind(Activity activity) {
        bind(activity, activity);
    }

    private static void bind(Object host, Object source) {
        bind(host, source, finder);
    }

    private static void bind(Object host, Object source, Finder finder) {
        String className = host.getClass().getName();
        try {
            Injector injector = FINDER_MAP.get(className);
            if (injector == null) {
                Class<?> finderClass = Class.forName(className + "$$Injector");
                injector = (Injector) finderClass.newInstance();
                FINDER_MAP.put(className, injector);
            }
            injector.inject(host, source, finder);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

主工程下调用

对应的按钮可以直接使用,不需要findViewById()

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @BindView(R.id.annotation_tv)
    public TextView tv1;
    
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        ButterKnife.bind(this);
        tv1.setText("annotation_demo");
    }
}