Java注解处理器 - 五分钟快速入门

基本概念

Java 注解（Annotation）分为两类：编译时（Compile time）处理的注解和在运行时（Runtime）通过反射机制运行处理的注解。本文将重点介绍在编译时（Compile time）处理的注解，关于在运行时（Runtime）通过反射机制运行处理的注解，比较简单这里不做介绍大家可以自行找资料学习。

注解处理器（Annotation Processor）是javac的一个工具，它用来在编译时扫描和处理注解(Annotation). 你可以自定义注解, 在编译期生成新的Java文件。

在Java 5首次引入注解的时候, 注解处理器的API还没有成熟, 也没有标准化. 处理注解需要一个名为apt（也就是Annotation Processor Tool, 注解处理器工具）的独立的工具, 以及包含在com.sum.mirror包中的Mirror API. apt需要使用Mirror API来自定义处理器.

从Java 6开始，注解处理器通过JSR 269已经标准化并被纳入到标准库中，APT工具也被无缝集成到Java编译工具javac里面。Java 6提供了一个已经实现通用功能的抽象类javax.annotation.processing.AbstractProcessor，同时还提供了javax.lang.model包。

注解处理器API

如果我们要自己开发一个注解处理器，需要继承于AbstractProcessor，如下所示：

package com.bytebeats.apt;

public class ExampleProcessor extends AbstractProcessor {

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

    @Override
    public boolean process(Set annoations, RoundEnvironment env) { }

    @Override
    public Set getSupportedAnnotationTypes() {
        Set annotataions = new LinkedHashSet(2);
        annotataions.add(Factory.class.getCanonicalName());
        return annotataions;
    }

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

}

其中，

• init(ProcessingEnvironment env)：每一个注解处理器类都必须有一个空的构造函数。init()方法会被注解处理工具调用，并输入ProcessingEnviroment参数。ProcessingEnviroment提供很多有用的工具类Elements, Types和Filer。
• process(Set annotations, RoundEnvironment
  env)：这是最重要的一个方法，你在这里写你的扫描、评估和处理注解的代码，以及生成Java文件。输入参数RoundEnviroment，可以让你查询出包含特定注解的被注解元素。
• getSupportedAnnotationTypes()：该注解处理器是注册到哪些注解上。它的返回值是一个字符串的集合，包含本处理器想要处理的注解类型的合法全称。
• getSupportedSourceVersion()：用来指定你使用的Java版本。通常这里返回SourceVersion.latestSupported()。然而，如果你有足够的理由只支持Java 7的话，你也可以返回SourceVersion.RELEASE_7。

注意：
在Java 6及以上版本中，getSupportedAnnotationTypes()方法和getSupportedSourceVersion()方法分别可以通过@SupportedAnnotationTypes注解和@SupportedSourceVersion注解来替换，如下：

package com.bytebeats.apt;

@SupportedAnnotationTypes({ "com.bytebeats.apt.Factory" })
@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_7)
public class ExampleProcessor extends AbstractProcessor {

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

    @Override
    public boolean process(Set annoations, RoundEnvironment env) { }

}

实现一个注解处理器

1. 定义注解

package com.bytebeats.apt;

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

/**
 * @author Ricky Fung
 * @date 2016-12-28 11:26
 */
@Target({ ElementType.TYPE })
@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
public @interface Bean {
    String id() default "";
}

Retention注解有一个属性value, 接受RetentionPolicy类型的值, RetentionPolicy是一个枚举类型, 有3个值: SOURCE, CLASS, RUNTIME
* RetentionPolicy.SOURCE: 表示编译时注解的信息会被编译器抛弃，不会留在class文件中,
注解的信息只会留在源文件中;
* RetentionPolicy.CLASS: 表示编译时注解的信息被保留在class文件(字节码文件)中，但不会被虚拟机读取在运行的时候;
* RetentionPolicy.RUNTIME: 表示编译时注解的信息被保留在class文件(字节码文件)中，并且会被虚拟机保留在运行时, 可以用反射的方式读取;

2. 编写注解处理器

自定义处理器都需要继承于AbstractProcessor，如下所示：

package com.bytebeats.apt;

import com.google.auto.service.AutoService;
import javax.annotation.processing.*;
import javax.lang.model.SourceVersion;
import javax.lang.model.element.Element;
import javax.lang.model.element.ElementKind;
import javax.lang.model.element.TypeElement;
import javax.lang.model.util.Elements;
import javax.lang.model.util.Types;
import javax.tools.Diagnostic;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;

/**
 * 注解处理器
 *
 * @author Ricky Fung
 * @date 2016-12-28 11:19
 */
public class BeanProcessor extends AbstractProcessor {
    private Types typeUtils;
    private Elements elementUtils;
    private Filer filer;
    private Messager messager;

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

    @Override
    public Set getSupportedAnnotationTypes() {
        Set annotataions = new LinkedHashSet(2);
        annotataions.add(Factory.class.getCanonicalName());
        return annotataions;
    }

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

    @Override
    public boolean process(Set annotations, RoundEnvironment roundEnv) {

        for (Element element : roundEnv.getElementsAnnotatedWith(Bean.class)) {

            if (element.getKind() != ElementKind.CLASS) {
                error(element, "Only classes can be annotated with @%s", Factory.class.getSimpleName());
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

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

在init()中我们获得如下引用：

• Elements：一个用来处理Element的工具类；
• Types：一个用来处理TypeMirror的工具类；
• Filer：正如这个名字所示，使用Filer你可以创建文件；

在注解处理过程中，我们扫描所有的Java源文件。源代码的每一个部分都是一个特定类型的Element。换句话说：Element代表程序的元素，例如包、类或者方法。每个Element代表一个静态的、语言级别的构件。

Element代表的是源代码，它的子类有这些：

• PackageElement：包名
• TypeElement：类
• VariableElement：变量
• ExecutableElement：方法

通过一个简单的java类来说明：

package com.bytebeats;    // PackageElement

public class Car {        // TypeElement

    private double price;      // VariableElement
    private Wheel wheel;  // VariableElement

    public Car () {}    // ExecuteableElement

    public void setWheel (  // ExecuteableElement
                     Wheel wheel   // TypeElement
                     ) {
        this.wheel = wheel;
    }
}

此时必须换个角度来看源代码，它只是结构化的文本，它不是可运行的。你可以想象它就像你将要去解析的XML文件一样（或者是编译器中抽象的语法树）。就像XML解释器一样，有一些类似DOM的元素。你可以从一个元素导航到它的父或者子元素上。

3. 注册注解处理器

如何注册你的处理器到javac中? 在当前项目中的resources/META-INF/services目录需要新建一个特殊的文件javax.annotation.processing.Processor，文件里的内容就是声明你的处理器。

最终打包生成的.jar文件目录结构如下:
- com
- - bytebeats
- - - apt
- - - - FactoryProcessor
- META-INF
- - services
- - - javax.annotation.processing.Processor

javax.annotation.processing.Processor文件的内容是注解处理器的合法的全名列表，每一个元素换行分割：

另外，使用google的auto-service可以自动生成META-INF/services/javax.annotation.processing.Processor文件, 如下:

@AutoService(Processor.class)
public class FactoryProcessor extends AbstractProcessor {
    private Types typeUtils;
    private Elements elementUtils;
    private Filer filer;
    private Messager messager;

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

    @Override
    public boolean process(Set annoations, RoundEnvironment env) {

    }
}

需要增加Maven依赖:

<dependency>
    <groupId>com.google.auto.servicegroupId>
    <artifactId>auto-serviceartifactId>
    <version>1.0-rc2version>
dependency>

源码下载

点此下载源码：https://github.com/TiFG/annotation-in-action