Java注解（3）-源码级框架

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介绍

前面文章（Java注解（2）-运行时框架 ）介绍的运行时框架是在虚拟机运行程序时使用反射技术搭建的框架；而源码级框架是在javac编译源码时,生成框架代码或文件。因为源码级别框架发生过程是在编译期间，所以并不会过多影响到运行效率。因此，搭建框架时候应该优先考虑使用源码级别框架。

注解处理器

注解处理器能够在编译源码期间扫描java代码中的注解，并且根据相关注解动态生成相关的文件。之后在程序运行时就可以使用这些动态生成的代码。值得注意的是，注解处理器运行在跟最终程序不同的虚拟机，也就是说，编译器为注解处理器开启了另外一台虚拟机来运行注解处理器。

步骤

要为工程添加一个注解处理器，需要以下几步

实现AbstractProcessor

package com.example;
public class ProcessorA extends AbstractProcessor {
    ...
}

生成注解处理器jar

对于eclipse，
jar的目录结构如下

MyProcessor.jar
    - com
        - example
            - ProcessorA.class

    - META-INF
        - services
            - javax.annotation.processing.Processor

META-INF中的文件需要自己手动创建，其中文件javax.annotation.processing.Processor里写明需要运行的处理器的类名，如

com.example.ProcessorA
com.example.ProcessorB
com.example.ProcessorC
com.example.ProcessorAndSoOn

选中需要生成jar的工程，右击–>Export–>JarFile,如下图

对于Android studo
1.注解器模块配置如下

apply plugin: 'java'
sourceCompatibility = JavaVersion.VERSION_1_7
targetCompatibility = JavaVersion.VERSION_1_7
dependencies {
  compile 'com.google.auto.service:auto-service:1.0-rc2'
}

2.Android studio会自动生成为javax.annotation.processing.Processor,只需为注解器添加@AutoService注解，这样就可以自动生成META-INF内的文件，如下

@AutoService(Processor.class)
public class ProcessorA extends AbstractProcessor{
    ...
}

指定注解器jar

这步主要是让编译器在编译时知道某些jar包是注解器jar，下面分命令行，eclipse和AndroidStudio三种情况分别介绍

• 命令行的方式

javac -processorpath 注解处理器.jar  目标程序.java

• eclipse的配置
  第一步
  
  第二步
  

• Android studio配置

工程的build.gradle:

dependencies {
     // 其他classpath
     classpath 'com.neenbedankt.gradle.plugins:android-apt:1.8'  //添加apt插件
 }

模块的build.gradle:

applying plugin: 'com.android.application'  
apply plugin: 'com.neenbedankt.android-apt' //使用apt插件
dependencies {
    apt '注解处理器.jar'  //注解处理器
    compile '关于处理器生成文件的调用包.jar'   //API包
}

注解处理器接口

注解处理一般均需要重写以下四个方法

public class ProcessorA extends AbstractProcessor {
    //这个方法主要是获取工具类
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment env){ }


    //这个方法里面写处理的过程，输入参数annotations是getSupportedAnnotationTypes()的子集，即是工程代码中所有注解集合与getSupportedAnnotationTypes()的交集，RoundEnvironment env代表这一轮扫描后的结果,返回true则表示消费完此次扫描，此轮扫描注解结束
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment env) { }


    //返回需要处理的注解的类的getCanonicalName()集合
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() { }


    //返回SourceVersion.latestSupported()即可
    public SourceVersion getSupportedSourceVersion() { }

}

PS：java7之后，getSupported***()方法可以用一下注解代替

@SupportedSourceVersion(SourceVersion.latestSupported())
@SupportedAnnotationTypes({
   AnnotationA.class.getCanonicalName(),AnnotationB.class.getCanonicalName(),
 })
 public class ProcessorA extends AbstractProcessor {
    ... 
}

打印日志

注解处理器的打印日志全部应该交由Messager处理，并且需要在打印错误时利用异常抛出来终止处理器

Messager messager=processingEnv.getMessager()
//打印非error级别log
messager.printMessage(Kind.NOTE,message);

//打印error时抛出异常来中断注解处理器
messager.printMessage(Kind.ERROR,error);
throw new RuntimeException(error);

扫描处理流程

注解处理器对工程代码的扫描是多次的，可以注意到AbstractProcessor的process()方法的输入参数有一个是RoundEnvironment，这个代表一次扫描的结果。
影响注解处理器执行顺序与逻辑的地方有三处
1.javax.annotation.processing.Processor中的书写顺序决定注册处理器的执行顺序
假设该文件中定义如下：

package.ProcessorB
package.ProcessorA

那么编译器每一轮扫描会先执行处理器ProcessorB，再执行处理器ProcessorA

2.AbstractProcessor中processor(）方法的返回值决定是否要终结当前轮的处理
按照1中注册的顺序，假如ProcessorB中的process()方法返回true，则表示消费完这轮的注解扫描，将不再执行ProcessorA，只有当返回false时，才会接下来执行ProcessorB

3.没有输出文件跟输入文件时扫描结束
假设按照1中的注册顺序，ProcessorB中的process()方法返回true,并且ProcessorB在第一轮扫描会生成按文件GenerateB.java,则将在第三轮扫描后结束注解处理，过程如下

过程	输入文件	输出文件
第一轮	原工程	GenerateB.java
第二轮	GenerateB.java	无
第三轮	无	无

第三轮时编译器发现没有输出文件也没有输入文件，处理结束
PS：每个注解处理器在整个过程中都保持同一个实例

分包机制

注解处理器会生成一些代码文件，我们会写一些API调用这些代码。所以，源码级框架除了写注解处理器外，还要写一个API包。另外，由于源码级别的注解并不需要模块划分时候应该将注解处理器跟API分成两个模块来写，有利于缩小编译后体积。（以下简称其所在的包分别是处理器包 跟 API包 ）

处理器包使用周期与API包不同：

• 处理器包：注解处理器只需要在目标工程编译时候执行，运行时不需要
• API包：API包因为会被目标工程运行时调用，所以在目标工程编译时和运行时都是需要的

由于这些不同，处理器包跟API包在工程中有不同的引用形式，如下

dependencies {
    apt '处理器包'//注解处理器包，只存在编译时
    compile 'API包'   //API包，编译时跟编译后都存在
}

语言模型包的使用

Mirror

注解处理器因为操作的是源码，所以需要用到JAVA语言模型包，javax.lang.model及其子包都是Java的语言模型包。这个包是采用了Mirror设计，Java是一种可以自描述的语言，其反射机制就是一种自描述，传统的反射机制将自描述与其他操作合并在一起，Mirror机制将自描述跟其他操作隔离，自描述部分是Meta level,其他部分是Base level

转化

Element代表语言元素，比如包，类，方法等，但是Element并没有包含自身的信息，自身信息要通过Mirror来获取，每个Element都指向一个TypeMirror，这个TypeMirror里有自身的信息。通过下面获方法取Element中的Mirror

TypeMirror mirror=element.asType() 

TypeMirror类型是DeclaredType或者TypeVariable时候可以转化成Element

Types types=processingEnvironment.getTypeUtils()
Element element=types.asElement(typeMirror)

获取类型

获取Element或者TypeMirror的类型都是通过getKind()获取类型，但是返回值虽然不同，但是都是枚举。

ElementKind element.getKind()
TypeKind typeMirror.getKind()

针对具体类型，要避免用instanceof，因为即使同一个类getKind(）也有不同的结果。比如TypeElemnt的getKind()返回结果可以是枚举，类，注解，接口四种。

源码中移动

比如一个类里面有方法，成员变量等，这个类相对于方法跟成员变量就是外层元素，而成员变量和方法相对于类就是内层元素。
Element是代表源码的类，源码中移动到其他位置必须是用Element，比如移动到当前元素的外层元素TypeElement

public static TypeElement findEnclosingTypeElement( Element e ){
       while( e != null && !(e instanceof TypeElement) )       {
           e = e.getEnclosingElement();//通过getEnclosingElement()获取外层元素
       }
       return TypeElement.class.cast( e );
}

也可以使用getEnclosedElements()获取当前Element内层的所有元素。

类继承树结构中移动

TypeMirror是用来反应类本身信息的类，在继承树移动必须用到TypeMirror，比如查找某个类的父类

Types typeUtils = processingEnv.getTypeUtils();
while (!typeElement.toString().equals(Object.class.getName())) {
        TypeMirror typeMirror=element.getSuperclass();
        element = (TypeElement)typeUtils.asElement(typeMirror);
}

处理MirroredTypeException

编译器使用注解处理器来处理目标代码时候，目标源码还没有编译成字节码，所以任何指向目标源码字节码的代码都会发生MirroredTypeException。最常见的例子见下面

//已经编译的三方jar:
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
@interface What{
    Class<?> value()
}

//源码:
@What(A.class)
public class A{}

//注解处理器
public ProcessorA extends AbstractProcessor{
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
        ...
        What what=typeElementA.getAnnotation(What.class);
        Class<?> clazz=what.value();  //这里将有MirroredTypeException
        ...
    }
}

注解处理器之所有MirroredTypeException，是因为此时类A还没有被编译成字节码，所以A.class不存在，解决这个问题需要异常，利用异常我能获取类A的名字等信息，但是却得不到A.class，如下

public ProcessorA extends AbstractProcessor{
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
        ...
        What what=typeElementA.getAnnotation(What.class);
        try {
            Class<?> clazz=what.value();  //这里将有MirroredTypeException
        }catch(MirroredTypeException mte){
            TypeMirror classTypeMirror =  mte.getTypeMirror();
            TypeElement classTypeElement = (TypeElement)Types.asElement(classTypeMirro);
            //获取canonicalName
            String canonicalName= classTypeElement.getQualifiedName().toString();
            //获取simple name
            String simpleName = classTypeElement.getSimpleName().toString();
        }
        ...
    }
}

例子

//TODO