Java注解与自己定义注解处理器

动机

近期在看ButterKnife源代码的时候。竟然发现有一个类叫做AbstractProcessor，并且ButterKnife的View绑定不是依靠反射来实现的，而是使用了编译时的注解，自己主动生成的.class文件。

真是一个奇妙的东西啊！

！

所以本文就注解与自己定义的注解处理器来学习注解。项目Github地址

基础知识

大家应该知道元注解@Retention吧，它表示注解在什么时候存在，能够分为3个时期：

• RetentionPolicy.SOURCE：表示注解仅仅在java文件中面才有，在编译的时候。这部分注解就会被擦出。相似于@Override仅仅是给程序猿看的。

• RetentionPolicy.CLASS：注解在编译的时候会存在。在执行的时候就会擦除。
• RetentionPolicy.RUNTIME：在执行的时候会存在。这里就要用到了反射来实现了。

Annotation Processor

注解处理器。在编译期间，JVM会自己主动执行注解处理器（当然。我们须要将其注冊）。尽管我们写的Java代码被编译成class就不能被修改了，可是注解处理器会又一次生成其它的java代码。我们能够通过反射来调用新生成的java文件中面的类或方法。然后JVM再对这些生成的java代码进行编译。

这是一个递归的过程。

Java API为我们提供了注解处理器的接口。我们仅仅要实现它就能够了。这个类就是AbstractProcessor，以下就一起来实现它。这个样例我是从【Java二十周年】Java注解处理器，參考过来的。

实现功能例如以下：对于一个类，仅仅要给它的某个加上一个注解，就会自己主动生成其接口。接口中的方法就是加注解的方法。

public class Man {

    @Interface("ManInterface")
    public void eat() {
        System.out.println("Eat");
    }
}

eat方法加上了@Interface("ManInterface")，上述就会生成：

public interface ManInterface {
  void eat();
}

就是这么粗暴。

然后我们看看注解是怎么定义的：

package wqh.core;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * Created on 2016/8/10.
 *
 * @author 王启航
 * @version 1.0
 */
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
public @interface Interface {
    String value();
}

注意上面@Target(ElementType.METHOD)表示该方法仅仅能加在方法上面；@Retention(RetentionPolicy.CLASS)表示是在编译时存在的。

好了接下来就是重点了：

public class InterfaceProcessor extends AbstractProcessor {

    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment env){ }

    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annoations, RoundEnvironment env) { }

    @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() { }

    @Override
    public SourceVersion getSupportedSourceVersion() { }

}

定义自己的注解处理器

• init对一些工具进行初始化。

• process就是真正生成java代码的地方。
• getSupportedAnnotationTypes表示该注解处理器能够出来那些注解。
• getSupportedSourceVersion能够出来java版本号

我们首先看看除去process的其它三个方法：

public class InterfaceProcessor extends AbstractProcessor {

    private Types typeUtils;
    private Elements elementUtils;
    private Filer filer;
    private Messager messager;


    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment env) {
        super.init(env);
        elementUtils = env.getElementUtils();
        filer = env.getFiler();
        typeUtils = env.getTypeUtils();
        messager = env.getMessager();
    }

    @Override
    public boolean process(Set<?
 extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment env) {
    }

    @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
        Set<String> types = new TreeSet<>();
        types.add(Interface.class.getCanonicalName());
        return types;
    }

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

getSupportedSourceVersion返回近期的版本号。
getSupportedAnnotationTypes返回了我们定义的Interface注解。
init初始化了了4个工具类。以下略微介绍一哈：

Elements：Element代表程序的元素，比如包、类或者方法。每一个Element代表一个静态的、语言级别的构件。它仅仅是结构化的文本。他不是可执行的.能够理解为一个签名
(public class Main 或者 private void fun(int a) {})，大家能够联系到XML的解析，或者抽象语法树 （AST）。
给出以下样例：

package com.example;    // PackageElement

public class Foo {        // TypeElement

    private int a;      // VariableElement
    private Foo other;  // VariableElement

    public Foo () {}    // ExecuteableElement

    public void setA (  // ExecuteableElement
                     int newA   // TypeElement
                     ) {}
}

并且我们能够通过

aType.getEnclosingElement();

得到其父标签（没有父标签就返回null）.能够联系Class.getEnclosingClass这种方法。

上面样例大家都懂了吧！！

本文主要就是对ExecuteableElement进行操作。

以下看看Messager：
由于在注解处理器里面不能够抛出Exception！为什么了？由于在编译阶段抛出错误后，注解处理器就不会执行完。也就没什么用了。
所以Message就是为了输出错误信息。

关于Filter与Types本文就不进行解说了。。。。

好！！以下看看process方法

@Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment env) {
        Map<String, AnnotatedClass> classMap = new HashMap<>();

        // 得到全部注解@Interface的Element集合
        Set<? extends Element> elementSet = env.getElementsAnnotatedWith(Interface.class);

        for (Element e : elementSet) {
            if (e.getKind() != ElementKind.METHOD) {
                error(e, "错误的注解类型。仅仅有函数能够被该 @%s 注解处理", Interface.class.getSimpleName());
                return true;
            }

            ExecutableElement element = (ExecutableElement) e;
            AnnotatedMethod annotatedMethod = new AnnotatedMethod(element);

            String classname = annotatedMethod.getSimpleClassName();
            AnnotatedClass annotatedClass = classMap.get(classname);
            if (annotatedClass == null) {
                PackageElement pkg = elementUtils.getPackageOf(element);
                annotatedClass = new AnnotatedClass(pkg.getQualifiedName().toString(), element.getAnnotation(Interface.class).value());
                annotatedClass.addMethod(annotatedMethod);
                classMap.put(classname, annotatedClass);
            } else
                annotatedClass.addMethod(annotatedMethod);

        }
        // 代码生成
        for (AnnotatedClass annotatedClass : classMap.values()) {
            annotatedClass.generateCode(elementUtils, filer);
        }
        return false;
    }

首先看看第一部分：

 Map<String, AnnotatedClass> classMap = new HashMap<>();

这里就是存储整个project凝视过getSupportedAnnotationTypes返回的注解的Map。
在这里我们定义了例如以下的数据结构：

classMap：
key -> 一个类的类名
value -> AnnotatedClass

// 这个等下会说到，这里知道是这种关系就好
AnnotatedClass 
key -> 一个类的类名
value -> 该类全部加上注解的方法。

第二部分：

// 得到全部注解@Interface的Element集合
        Set<? extends Element> elementSet = env.getElementsAnnotatedWith(Interface.class);

如凝视所说，得到全部注解@Interface的Element集合。

注意这里得到了是Element的集合，也就生成了一个树结构。

第三部分：

for (Element e : elementSet) {
            if (e.getKind() != ElementKind.METHOD) {
                error(e, "错误的注解类型，仅仅有函数能够被该 @%s 注解处理", Interface.class.getSimpleName());
                return true;
            }

            ExecutableElement element = (ExecutableElement) e;
            AnnotatedMethod annotatedMethod = new AnnotatedMethod(element);

            String classname = annotatedMethod.getSimpleClassName();
            AnnotatedClass annotatedClass = classMap.get(classname);
            if (annotatedClass == null) {
                PackageElement pkg = elementUtils.getPackageOf(element);
                annotatedClass = new AnnotatedClass(pkg.getQualifiedName().toString(), element.getAnnotation(Interface.class).value());
                annotatedClass.addMethod(annotatedMethod);
                classMap.put(classname, annotatedClass);
            } else
                annotatedClass.addMethod(annotatedMethod);

        }

首先全部加上@Interface的Element进行变量，第一步推断注解是否加在Method之上，假设不是就输出错误信息。
上文说到能够用Messager来输出：

private void error(Element e, String msg, Object... args) {
        messager.printMessage(Diagnostic.Kind.ERROR, String.format(msg, args), e);
    }

然后

 ExecutableElement element = (ExecutableElement) e;
 AnnotatedMethod annotatedMethod = new AnnotatedMethod(element);

将其转型为ExecutableElement。由于在上面推断全部的Element都是加在方法上的。这里不会报错。
然后构造AnnotatedMethod，由于面向对象，AnnotatedMethod表示一个加了注解的方法。

在这里我们看看什么是AnnotatedMethod:

package wqh.core;

import javax.lang.model.element.ExecutableElement;
import javax.lang.model.element.TypeElement;

/**
 * Created on 2016/8/10.
 *
 * @author 王启航
 * @version 1.0
 */
public class AnnotatedMethod {
    private ExecutableElement annotatedMethodElement;
    private String simpleMethodName;
    private String simpleClassName;

    public AnnotatedMethod(ExecutableElement annotatedMethodElement) {
        this.annotatedMethodElement = annotatedMethodElement;
        simpleMethodName = annotatedMethodElement.getSimpleName().toString();
        /*
         * getEnclosingElement() 能够理解为该标签的父标签.
         * {@see Class.getEnclosingClass}
         */
        TypeElement parent = (TypeElement) annotatedMethodElement.getEnclosingElement();
        /*
         * Return the fully qualified name of this class or interface.
         * {@code java.util.Set<E>} is "java.util.Set"
         * {@code java.util.Map.Entry}is "java.util.Map.Entry"
         */
        simpleClassName = parent.getQualifiedName().toString();
    }

    public ExecutableElement getAnnotatedMethodElement() {
        return annotatedMethodElement;
    }

    public String getSimpleMethodName() {
        return simpleMethodName;
    }

    public String getSimpleClassName() {
        return simpleClassName;
    }
}

还是比較简单的哈！！

OK，回到 process：

String classname = annotatedMethod.getSimpleClassName();
AnnotatedClass annotatedClass = classMap.get(classname);

构造AnnotatedClass。上面也说到过AnnotatedClass,AnnotatedClass能够表示一个类。里面存储了很多的AnnotatedMethod。
以下看看其代码：

package wqh.core;


import com.squareup.javapoet.JavaFile;
import com.squareup.javapoet.MethodSpec;
import com.squareup.javapoet.TypeName;
import com.squareup.javapoet.TypeSpec;

import javax.annotation.processing.Filer;
import javax.lang.model.element.Modifier;
import javax.lang.model.element.VariableElement;
import javax.lang.model.util.Elements;
import java.io.IOException;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

/**
 * Created on 2016/8/10.
 *
 * @author 王启航
 * @version 1.0
 */
public class AnnotatedClass {
    private String className;
    private String packageName;
    private List<AnnotatedMethod> methods = new LinkedList<>();

    /**
     * @param packageName       将要生成的类的包名
     * @param generateClassName 将要生成的类的类名
     */
    public AnnotatedClass(String packageName, String generateClassName) {
        this.className = generateClassName;
        this.packageName = packageName;
    }

   // 生成Java代码部分。如今能够不看
    public void generateCode(Elements elementUtils, Filer filer) {
        TypeSpec.Builder typeBuilder = TypeSpec.interfaceBuilder(className).addModifiers(Modifier.PUBLIC);

        for (AnnotatedMethod m : methods) {
            MethodSpec.Builder methodBuilder =
                    MethodSpec.methodBuilder(m.getSimpleMethodName())
                            .addModifiers(Modifier.ABSTRACT, Modifier.PUBLIC)
                            .returns(TypeName.get(m.getAnnotatedMethodElement().getReturnType()));

            int i = 1;
            for (VariableElement e : m.getAnnotatedMethodElement().getParameters()) {
                methodBuilder.addParameter(TypeName.get(e.asType()), "param" + String.valueOf(i));
                ++i;
            }
            typeBuilder.addMethod(methodBuilder.build());
        }
        JavaFile javaFile = JavaFile.builder(packageName, typeBuilder.build()).build();

        try {
            javaFile.writeTo(filer);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void addMethod(AnnotatedMethod annotatedMethod) {
        methods.add(annotatedMethod);
    }
}

OK。在process里面：

 if (annotatedClass == null) {
                PackageElement pkg = elementUtils.getPackageOf(element);
                annotatedClass = new AnnotatedClass(pkg.getQualifiedName().toString(), element.getAnnotation(Interface.class).value());
                annotatedClass.addMethod(annotatedMethod);
                classMap.put(classname, annotatedClass);
            } else
                annotatedClass.addMethod(annotatedMethod);

就是将加了注解的方法，在同一个类的增加到annotatedClass里面去，然后构成classMap。

到这里。全部的结构都已生成。也就是：

classMap：
key -> 一个类的类名
value -> AnnotatedClass

// 这个等下会说到。这里知道是这种关系就好
AnnotatedClass 
key -> 一个类的类名
value -> 该类全部加上注解的方法。

下一步就是生成Java代码了。这里用了JavaWriter的改进版本号JavaPoet，能够自己去下这个包

// 代码生成
        for (AnnotatedClass annotatedClass : classMap.values()) {
            annotatedClass.generateCode(elementUtils, filer);
        }
        return false;

这部分不做具体解说。

好了，全部的InterfaceProcessor解说完成。

注冊打包

接下来将其注冊到JVM中去：在Intelilj IDEA，有例如以下的文件夹结构：

在javax.annotation.processing.Processor中定义了注解处理器：

wqh.core.InterfaceProcessor

这些都做了之后。就回去生成jar包！！

！能够用Maven，可是我们这个项目加了依赖项，所以有点麻烦。
这里直接用Intelilj IDEA打包！
在File->Project Structure能够配置这样。

将右側的文件夹加到左側就好。

Build一哈，就能够，能够生成jar包了。！

这些步骤。我们也能够直接使用Google的AutoService，直接省去了这一步。

測试

在其它项目中依照以下配置：

package test;

import wqh.core.Interface;

/**
 * Created on 2016/8/10.
 *
 * @author 王启航
 * @version 1.0
 */
public class Man {

    @Interface("ManInterface")
    public void eat() {
        System.out.println("Eat");
    }
}

执行就能够在generated文件夹看到生成的接口

package test;

public interface ManInterface {
  void eat();
}

那么怎么使用MainInterface呢？

package test;

/**
 * Created on 2016/8/10.
 *
 * @author 王启航
 * @version 1.0
 */
public class Main {

    public static void main(String args[]) throws ClassNotFoundException {
        Class<?
> c = Class.forName("test.ManInterface");
        System.out.println(c.getName());
    }
}

尽管这个功能没什么用啊！

。。！

參考

Java二十周年 Java注解处理器
Java注解处理器

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