如何构建编译时注解解析框架

作者: 青岚之峰 | 来源:发表于2018-02-16 22:29 被阅读30次

前言

在前面的文章中，咱们学习了Java类加载、Java反射、Java注解，那现在咱们就可以利用所学搞点事情了，所谓学以致用，方为正途。

如果想直接阅读源码，请点这里Github

铺垫

在开始搞事情前，咱们还需要了解以下几个物件：

Annotation Processor: 注解处理器
JavaPoet:Java源码文件生成者
javax.lang.model.element:用于解析程序中的元素，例如：包、类、方法、变量

Annotation Processor

注解处理器是在编译时用来扫描和处理注解的工具。你可以注册自己感兴趣的注解，程式编译时会将添加注解的元素，交由注册它的注解处理器来处理。

那咱们如何实现一个自己的注解处理器？

继承AbstractProcessor
覆盖getSupportedAnnotationTypes()
覆盖getSupportedSourceVersion()
覆盖process()

AbstractProcessor：抽象注释处理器，为大多数自定义注释处理器的超类。

getSupportedAnnotationTypes()：这里注册你感兴趣的注解。它的返回一个字符串的Set，包含注解类型的合法全称。

getSupportedSourceVersion()：指定使用的Java版本。通常这里返回SourceVersion.latestSupported()。

process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment)：注解处理器的核心方法，在这里进行注解扫描、评估和处理，以及生成Java文件。

生成Java文件，就交由JavaPoet来完成

JavaPoet

JavaPoet是一个用来生成 .java源文件的工具(由Square提供)。

咱们来讲一下JavaPoet里面常用的几个类：

TypeSpec:表示一个类、接口或者枚举声明
MethodSpec:表示一个构造函数或方法声明
FieldSpec:表示一个成员变量、字段声明
JavaFile:生成java文件

下面通过一个实例来说明具体使用方式:

private void generateHelloWorld() throws IOException {
        MethodSpec mainMethod = MethodSpec.methodBuilder("main")
                .addModifiers(new Modifier[]{Modifier.PUBLIC, Modifier.STATIC})
                .addParameter(String[].class, "args")
                .addStatement("System.out.println(\"Hello World\")")
                .build();

        FieldSpec androidVersion = FieldSpec.builder(String.class, "androidVer")
                .addModifiers(new Modifier[]{Modifier.PRIVATE})
                .initializer("$S", "Lollipop")
                .build();

        TypeSpec typeSpec = TypeSpec.classBuilder("HelloWorld")
                .addModifiers(new Modifier[]{ Modifier.FINAL, Modifier.PUBLIC})
                .addMethod(mainMethod)
                .addField(androidVersion)
                .build();

        JavaFile javaFile = JavaFile.builder("com.hys.test", typeSpec).build();
        javaFile.writeTo(System.out);
    }

执行函数，结果如下：

package com.hys.test;

import java.lang.String;

public class HelloWorld {
    private String androidVer = "Lollipop";

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World");
    }
}

这里$S占位符，JavaPoet占位符如下:

$S:字符串类型占位符
$T:类型占位符
$N:名称占位符(方法名或者变量名等)
$L:字面常量

这里只是投石问路，关于JavaPoet更多API使用，请参见其文档

javax.lang.model.element

Element
用于 Java 的模型元素的接口。

ExecutableElement:表示某个类或接口的方法、构造方法或初始化程序（静态或实例），包括注释类型元素
PackageElement:表示一个包程序元素
TypeElement:表示一个类或接口程序元素
TypeParameterElement:表示类、接口、方法或构造方法元素的形式类型参数
VariableElement:表示一个字段、enum 常量、方法或构造方法参数、局部变量或异常参数

通过Element的getModifiers()获得元素的修饰符

Modifier
表示程序元素（如类、方法或字段）上的修饰符。
以下是常用修饰符：

ABSTRACT:修饰符 abstract
FINAL:修饰符 final
NATIVE:修饰符 native
PRIVATE:修饰符 private
PROTECTED:修饰符 protected
PUBLIC:修饰符 public
STATIC:修饰符 static
SYNCHRONIZED:修饰符 synchronized

通过Element的asType()获得元素的类型

TypeMirror
表示 Java 编程语言中的类型。这些类型包括基本类型、声明类型（类和接口类型）、数组类型、类型变量和 null 类型。

通过TypeMirror的getKind()类型的种类

TypeKind
表示类型的种类。

以下是常用的类型：

ARRAY:数组类型
BOOLEAN:基本类型 boolean
BYTE:基本类型 byte
CHAR:基本类型 char
DECLARED:类或接口类型
DOUBLE:基本类型 double
ERROR:无法解析的类或接口类型。
EXECUTABLE:方法、构造方法或初始化程序
FLOAT:基本类型 float
INT:基本类型 int
LONG:基本类型 long
NONE:在实际类型不适合的地方使用的伪类型
NULL:null 类型
PACKAGE:对应于包元素的伪类型
SHORT:基本类型 short
TYPEVAR:类型变量
VOID:对应于关键字 void 的伪类型

获取元素的父元素
通过Element的getEnclosingElement返回元素的父元素。

获取元素上的注解
通过Element的getAnnotation(Class<A> annotationType)获得元素上的注解。

了解了上述内容，下面咱们开始搞事情

创建注解处理器

1.Android Studio的File->New->New module，如下图：

2.在弹出的Create New Module对话框中选择Java Library，命名为MockButterknife-complier，如下图：

3.创建注解处理器类，继承AbstractProcessor，覆盖getSupportedAnnotationTypes()、getSupportedSourceVersion()、process()三个方法，如下图：

4.注册注解处理器，在项目下创建resources->META-INF->Services目录，在Services目录下创建javax.annotation.processing.Processor文件，如下图：

5.编辑javax.annotation.processing.Processor文件，添加注解处理器类，如下图：

6.配置注解处理器，添加JavaPoet，如下：

apply plugin: 'java-library'

dependencies {
    implementation fileTree(dir: 'libs', include: ['*.jar'])
    compile 'com.squareup:javapoet:1.8.0'
}

7.创建自定义注解，咱们在这里创建两个注解：

BindView注解

package com.hys.mockbutterknife.annotations;

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

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
public @interface BindView {
    int value();
}

OnClick注解

package com.hys.mockbutterknife.annotations;

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

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
public @interface OnClick {
    int[] value();

8.注册自定义注解到注解处理器，在AnnotationProcessor添加如下代码：

private Set<Class<? extends Annotation>> getSupportedAnnotations(){
        Set<Class<? extends Annotation>> supportedAnnotations = new LinkedHashSet<>();
        supportedAnnotations.add(BindView.class);
        supportedAnnotations.add(OnClick.class);
        return supportedAnnotations;
    }

在getSupportedAnnotationTypes()方法中调用getSupportedAnnotations()，即将自定义注解注册到注解处理器，代码如下：

 @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
        Set<String> supportedAnnotationTypes = new LinkedHashSet<>();

        Iterator ite = getSupportedAnnotations().iterator();
        while (ite.hasNext()){
            Class annotation = (Class<? extends Annotation>)ite.next();
            supportedAnnotationTypes.add(annotation.getCanonicalName());
        }

        return supportedAnnotationTypes;
    }

9.上面咱们已经注册了自定义注解，接下来应该处理这些注解（啰嗦，不处理，注册它们做啥？！）

后面以BindView为例

查找添加注解的元素

Iterator ite = env.getElementsAnnotatedWith(BindView.class).iterator();

验证元素合法性

验证元素是否可以访问

private boolean isInaccessible(Element element, String targetThing, Class<? extends Annotation> annotationClass) {

        TypeElement enclosingElement = (TypeElement)element.getEnclosingElement();
        //检查元素的访问修饰符
        Set<Modifier> modifiers = element.getModifiers();
        if (modifiers.contains(Modifier.PRIVATE) || modifiers.contains(Modifier.STATIC)) {
            this.error(element, "@%s %s must not be private or static. (%s.%s)", annotationClass.getSimpleName(), targetThing, enclosingElement.getQualifiedName(), element.getSimpleName());
            return true;
        }

        //检查元素的父元素
        if (enclosingElement.getKind() != ElementKind.CLASS) {
            this.error(enclosingElement, "@%s %s may only be contained in classes. (%s.%s)", annotationClass.getSimpleName(), targetThing, enclosingElement.getQualifiedName(), element.getSimpleName());
            return true;
        }

        //检查父元素的访问修饰符
        if (enclosingElement.getModifiers().contains(Modifier.PRIVATE)) {
            this.error(enclosingElement, "@%s %s may not be contained in private classes. (%s.%s)", annotationClass.getSimpleName(), targetThing, enclosingElement.getQualifiedName(), element.getSimpleName());
            return true;
        }

        return false;
    }

验证元素所在包的合法性

private boolean isInWrongPackage(Element element, Class<? extends Annotation> annotationClass) {

        TypeElement enclosingElement = (TypeElement)element.getEnclosingElement();
        String qualifiedName = enclosingElement.getQualifiedName().toString();
        //元素的父元素（即元素所在的类）不能在android的系统包中
        if (qualifiedName.startsWith("android.")) {
            this.error(element, "@%s-annotated class incorrectly in Android framework package. (%s)", annotationClass.getSimpleName(), qualifiedName);
            return true;
        } 
        ////元素的父元素不能在java的资源包中
        else if (qualifiedName.startsWith("java.")) {
            this.error(element, "@%s-annotated class incorrectly in Java framework package. (%s)", annotationClass.getSimpleName(), qualifiedName);
            return true;
        }

        return false;
    }

验证元素类型的合法性

/*
* 递归验证
* 以TextView为例：isSubtypeOfType(typeMirror, "android.view.View")
*/
public static boolean isSubtypeOfType(TypeMirror typeMirror, String otherType) {
        // 类型相同
        if (isTypeEqual(typeMirror, otherType))
            return true;

        if (typeMirror.getKind() != TypeKind.DECLARED)
            return false;

        DeclaredType declaredType = (DeclaredType)typeMirror;
        List<? extends TypeMirror> typeArguments = declaredType.getTypeArguments();
        if (typeArguments.size() > 0) {
            StringBuilder typeString = new StringBuilder(declaredType.asElement().toString());
            typeString.append('<');

            for(int i = 0; i < typeArguments.size(); ++i) {
                if (i > 0) {
                    typeString.append(',');
                }

                typeString.append('?');
            }

            typeString.append('>');
            if (typeString.toString().equals(otherType)) {
                return true;
            }
        }

        Element element = declaredType.asElement();
        if (!(element instanceof TypeElement)) {
            return false;
        } else {
            TypeElement typeElement = (TypeElement)element;
            // 获取元素的父类
            TypeMirror superType = typeElement.getSuperclass();
            // 检查父类的类型
            if (isSubtypeOfType(superType, otherType)) {
                return true;
            } else {                
                Iterator var7 = typeElement.getInterfaces().iterator();

                TypeMirror interfaceType;
                do {
                    if (!var7.hasNext()) {
                        return false;
                    }

                    interfaceType = (TypeMirror)var7.next();
                } while(!isSubtypeOfType(interfaceType, otherType));

                return true;
            }
        }

    }

生成Java源文件

生成类

private TypeSpec createTypeSpec(){
        // 生成新类名，原类名+ _ViewBinding
        String className = this.encloseingElement.getSimpleName().toString() + "_ViewBinding";
        // 获取父元素的类型全称
        TypeName targetTypeName = TypeName.get(this.encloseingElement.asType());

        // 创建类构建器
        TypeSpec.Builder classBuilder = TypeSpec.classBuilder(className)
                .addModifiers(new Modifier[]{Modifier.PUBLIC}) // 添加public修饰符
                .addField(targetTypeName, "target", new Modifier[]{Modifier.PRIVATE}); // 添加成员变量target

        classBuilder.addFields(createFieldForListener());
      
        if(isActivity()){
            classBuilder.addMethod(createConstructorForActivity());
        } else if(isView()){
            classBuilder.addMethod(createConstructorForView());
        } else if(isDialog()){
            classBuilder.addMethod(createConstructorForDialog());
        }

        // 默认类构造器
        classBuilder.addMethod(createBindConstructor());
        // 生成类
        return classBuilder.build();
    }

生成JavaFile对象

public JavaFile brewJava() {
        String packageName = MoreElements.getPackage(this.encloseingElement).getQualifiedName().toString();
        return JavaFile.builder(packageName, createTypeSpec()).build();
    }

生成Java源文件

...
JavaFile javaFile = bindSet.brewJava();

try{
      javaFile.writeTo(this.processingEnv.getFiler());
}catch (IOException ex){
     this.error(typeElement, "Unable to write binding for type %s: %s", typeElement, ex.getMessage());
}
...

创建API

注解处理器搞好了，还需要给用户提供API，用户才能使用。

咱们创建一个新的Module，Android Studio的File->New->New module，选择Android Library，命名为Mockbutterknife-source。

这个Module主要使用反射技术，动态的创建并调用上文中生成的类(下文中称为绑定类)。

编写API接口(其中之一)

    @UiThread
    public static void bind(Activity target) {
        View sourceView = target.getWindow().getDecorView();
        createBinding(target, sourceView);
    }

动态创建绑定类，调用其构造器方法

private static void createBinding(Object target, View source) {
        Class<?> targetClass = target.getClass();
        // 查找targetClass名称+_ViewBinding的class文件，加载并返回构造器
        Constructor constructor = findBindConstructorForClass(targetClass);

        if (constructor == null) {
            return ;
        }

        try {
            constructor.newInstance(target, source);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException("Unable to invoke " + constructor, e);
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException("Unable to invoke " + constructor, e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            Throwable cause = e.getCause();
            if (cause instanceof RuntimeException) {
                throw (RuntimeException) cause;
            }
            if (cause instanceof Error) {
                throw (Error) cause;
            }
            throw new RuntimeException("Unable to create binding instance.", cause);
        }
    }

在APP中使用

配置APP，在build.gradle中添加如下内容：

dependencies {
    ...
    annotationProcessor project(':MockButterknife-complier') 
    implementation project(path: ':MockButterknife-complier')
    implementation project(path: ':Mockbutterknife-source')

为Activity添加自定义注解

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @BindView(R.id.tv_click)
    TextView tvClick;
    @BindView(R.id.tv_dont_click)
    TextView tvDontClcik;

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

        MockButterKnife.bind(this);

        initData();
    }

   ...

    @OnClick(value = {R.id.tv_click, R.id.tv_dont_click})
    public void onClick(View view){

        if(view.getId() == R.id.tv_click)
            new AboutDialog().show(this.getSupportFragmentManager());
        else if(view.getId() == R.id.tv_dont_click)
            Toast.makeText(this, getString(R.string.main_toast), Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
}

生成的class文件

package com.hys.annotationprocessortest;

import android.support.annotation.UiThread;
import android.view.View;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity_ViewBinding {
  private MainActivity target;

  private View view2131165309;

  private View view2131165310;

  @UiThread
  public MainActivity_ViewBinding(MainActivity target) {
    this(target, target.getWindow().getDecorView());
  }

  public MainActivity_ViewBinding(final MainActivity target, View source) {
    this.target = target;
    this.target.tvClick = (TextView)source.findViewById(2131165309);
    this.target.tvDontClcik = (TextView)source.findViewById(2131165310);
    this.view2131165309 = source.findViewById(2131165309);
    this.view2131165309.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
       @Override
       public void onClick(View v) {
           target.onClick(v);
       }
    });
    this.view2131165310 = source.findViewById(2131165310);
    this.view2131165310.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
       @Override
       public void onClick(View v) {
           target.onClick(v);
       }
    });
  }
}

好了，关于如何构建编译时注解解析框架，就先讲到这，上述项目的具体代码在Github，感谢你耐心的阅读。

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如何构建编译时注解解析框架

前言

铺垫

Annotation Processor

JavaPoet

javax.lang.model.element

创建注解处理器

创建API

在APP中使用

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