Android编译时注解，和重复代码Say No！
2017-08-26 本文已影响1048人
开发的猫
写在前面：
越来越多的Android框架都使用了注解来实现，如有名ButterKnife、Dagger2都是用编译时注解来生成代码，好处是比反射效率更高，稳定性、可读性也更好。既然注解这么好用，那么就非常有必要对其进行了解、学习和应用。
学习注解过程中，查找了很多人分享的文章，非常感谢这些无私分享的人。其中参考了比较多的是这篇文章，本文中的例子也是参考该文章，并结合自己对注解的理解，重新写了本文中的Demo，加入更详细的注释。
本文是本人在学习注解时，对注解的理解和一些基础知识的记录所写，仅仅作为入门，分享给需要的小伙伴们。可能存在一些疏漏和错误，欢迎指正～
一、Java注解基础：
在Java中，一个自定义的注解看起来是类似下面这样子的：
@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Factory {
String value() default "";
}
该注解用于编译时使用，生命周期由@Retention指定，@Taget表示该注解的使用范围，这里用于注解类、接口、枚举。
那么，@Retention和@Target是什么东东？
元注解：
元注解的作用就是负责注解其他非元注解。Java5.0定义了4个标准的meta-annotation类型，它们被用来提供对其它 Annotation类型作说明。
Java5.0定义的元注解：
- @Target
- @Retention
- @Documented
- @Inherited
1. @Target
作用：用于描述注解的使用范围（即：被描述的注解可以用在什么地方）
取值(ElementType)有：
- CONSTRUCTOR:用于描述构造器
- FIELD:用于描述域
- LOCAL_VARIABLE:用于描述局部变量
- METHOD:用于描述方法
- PACKAGE:用于描述包
- PARAMETER:用于描述参数
- TYPE:用于描述类、接口(包括注解类型) 或enum声明
2. @Retention
作用：表示需要在什么级别保存该注释信息，用于描述注解的生命周期（即：被描述的注解在什么范围内有效）
取值（RetentionPoicy）有：
- SOURCE:在源文件中有效（即源文件保留，只在源文件中，如@Override）
- CLASS:在class文件中有效（即class保留，可在编译时获取，本文主讲内容）
- RUNTIME:在运行时有效（即运行时保留,可在运行是通过反射获取）
3.@Documented:
@Documented用于描述其它类型的annotation应该被作为被标注的程序成员的公共API，
因此可以被例如javadoc此类的工具文档化。Documented是一个标记注解，没有成员。
4.@Inherited：
@Inherited 元注解是一个标记注解，@Inherited阐述了某个被标注的类型是被继承的。
如果一个使用了@Inherited修饰的annotation类型被用于一个class，则这个annotation将被用于该class的子类。
使用Inherited声明出来的注解，只有在类上使用时才会有效，对方法，属性等其他无效。
自定义注解
格式：public @interface 注解名 {定义体}
注解参数的可支持数据类型：
- 所有基本数据类型（int,float,boolean,byte,double,char,long,short)
- String类型
- Class类型
- enum类型
- Annotation类型
- 以上所有类型的数组
参数职能用public或默认(default)修饰
如果只有一个参数成员,最好把参数名称设为"value",后加小括号,即value()
二、在Android中应用编译时注解，自动生成工厂代码
首先以工厂模式为例，看看在工厂模式中存在的问题。本例假设为水果工厂。
1.通常，在工厂模式中，我们会定义一个工厂生产接口方法：
public interface IFruit {
void produce();
}
2.接着，定义具体的工厂生产线类：
public class Apple implements IFruit {
@Override
public void produce() {
Log.d("AnnotationDemo", "生产苹果");
}
}
public class Pear implements IFruit {
@Override
public void produce() {
Log.d("AnnotationDemo", "生产梨子");
}
}
3.然后，定义生产工厂类：
public class FruitFactory {
public static IFruit create(int id) {
if (1 == id) {
return new Apple();
}
if (2 == id) {
return new Pear();
}
return null;
}
}
4.最后，使用工厂：
public void produceFruit() {
FruitFactory.create(1).produce();
FruitFactory.create(2).produce();
}
-
存在问题：
在以上例子中，每次新增生产线的时候，都需要先定义一个生产线，然后在FruitFactory的create方法中新增判断，返回新的生产线类，并且每次添加的代码都是非常相似重复的。
为此，“懒惰”的我们肯定会想，是否有方法可以做到：只要我定义好一个生产线类后，无需手动地在工厂类中添加，就马上可以使用？
答案是肯定的，Java的注解处理器（AbstractProcessor）就可以帮助我们实现以上需求。
接下来，我们就一步步来实现这个可以让我们懒出新境界的功能：
1. 新建Android工程和Java Module
注意：由于Android默认不支持部分javax包的内容，所以我们需要将注解解析相关的类放到Java Module中才能调用到。
- 建立好Android工程 AnnotationDemo
- 新建annotator Module ：Filw -> New -> New Module -> Java Library 并命名为annotator
2. 配置APT(Annotation Processor Tool)工具。
由于android-apt已经不再维护，并且Android官方在Gradle2.2以上已经提供了另一个工具annotationProcessor替代了原来的android-apt，所以我们直接使用annotationProcessor。
Gradle2.2以下版本配置请看最后。
在app的build.gradle中添加如下依赖：
dependencies {
......
compile project(':annotator')
annotationProcessor project(':annotator')
}
3. 码注解处理器
以上配置完成后，就可以开始码注解处理器了。
1）首先，自定义一个注解，用于标识生产线类，该注解包含两个参数:
- 一个生产线类id数组ids，可多个id对应一个类
- 另一个是该生产类的接口父类，用于标识生产线类的接口父类
@Retention(RetentionPolicy.CLASS) //该注解只保留到编译时
@Target(ElementType.TYPE) //该注解只作用与类、接口、枚举
public @interface Factory {
/**
* 工厂对应的ID，可以多个ID对应一个生产线类
*/
int[] ids();
/**
* 生产接口类
*/
Class superClass();
}
2）使用以上注解标记生产线类
@Factory(ids = {1}, superClass = IFruit.class)
public class Apple implements IFruit {
@Override
public void produce() {
Log.d("AnnotationDemo", "生成苹果");
}
}
@Factory(ids = {2,3}, superClass = IFruit.class)
public class Pear implements IFruit {
@Override
public void produce() {
Log.d("AnnotationDemo", "生成梨子");
}
}
以上Pear类上，我们使用了Factory注解标记，其中参数ids有两个id，即使用2或者3都可以获取到Pear；superClass为生产接口类。
3）编写注解解析器
- i. 首先，定义一个注解属性类，用于保存获取到的每个生产线类相关的属性
public class FactoryAnnotatedCls {
private TypeElement mAnnotatedClsElement; //被注解类元素
private String mSupperClsQualifiedName; //被注解的类的父类的完全限定名称（即类的绝对路径）
private String mSupperClsSimpleName; //被注解类的父类类名
private int[] mIds; //被注解的类的对应的ID数组
public FactoryAnnotatedCls(TypeElement classElement) throws ProcessingException {
this.mAnnotatedClsElement = classElement;
Factory annotation = classElement.getAnnotation(Factory.class);
mIds = annotation.ids();
try {
//直接获取Factory中的supperClass参数的类名和完全限定名字，如果是源码上的注解，会抛异常
mSupperClsSimpleName = annotation.superClass().getSimpleName();
mSupperClsQualifiedName = annotation.superClass().getCanonicalName();
} catch (MirroredTypeException mte) {
//如果获取异常，通过mte可以获取到上面无法解析的superClass元素
DeclaredType classTypeMirror = (DeclaredType) mte.getTypeMirror();
TypeElement classTypeElement = (TypeElement) classTypeMirror.asElement();
mSupperClsQualifiedName = classTypeElement.getQualifiedName().toString();
mSupperClsSimpleName = classTypeElement.getSimpleName().toString();
}
if (mIds == null || mIds.length == 0) { //判断是否存在ID，不存在则抛出异常
throw new ProcessingException(classElement,
"id() in @%s for class %s is null or empty! that's not allowed",
Factory.class.getSimpleName(), classElement.getQualifiedName().toString());
}
if (mSupperClsSimpleName == null || mSupperClsSimpleName == "") { //判断是否存在父类接口，不存在抛出异常
throw new ProcessingException(classElement,
"superClass() in @%s for class %s is null or empty! that's not allowed",
Factory.class.getSimpleName(), classElement.getQualifiedName().toString());
}
}
public int[] getIds() {
return mIds;
}
public String getSupperClsQualifiedName() {
return mSupperClsQualifiedName;
}
public String getSupperClsSimpleName() {
return mSupperClsSimpleName;
}
public TypeElement getAnnotatedClsElement() {
return mAnnotatedClsElement;
}
}
其中，有个类为TypeElement，该类继承Element。程序编译时，IDE扫描文件所有的属性都可以被看作元素。继承自Element的子类共有四个，分别为：
- TypeElement （类属性元素，对应一个类）
- PackageElement （包元素，对应一个包）
- VariableElement （变量元素，对应变量）
- ExecuteableElement （方法元素，对应函数方法）
在这里，定义的注解目标是Type，因此为TypeElement。FactoryAnnotatedCls类将被Factory注解的类中的必要属性都保存下来，用于后面生成代码。
- ii. 接下来，是解析注解代码的关键类：注解处理器
所有在编译时处理注解的程序，都需要定义一个注解处理器，继承自AbstractProcessor。
@AutoService(Processor.class)
public class FactoryProcesser extends AbstractProcessor {
private Types mTypeUtil;
private Elements mElementUtil;
private Filer mFiler;
private Messager mMessager;
private FactoryCodeBuilder mFactoryCodeBuilder = new FactoryCodeBuilder();
@Override
public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnvironment) {
super.init(processingEnvironment);
mTypeUtil = processingEnvironment.getTypeUtils();
mElementUtil = processingEnvironment.getElementUtils();
mFiler = processingEnvironment.getFiler();
mMessager = processingEnvironment.getMessager();
}
@Override
public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
Set<String> annotations = new LinkedHashSet<>();
annotations.add(Factory.class.getCanonicalName());
return annotations;
}
@Override
public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {
return SourceVersion.latestSupported();
}
......
}
其中，
getSupportedAnnotationTypes()配置需要处理的注解，这里只处理@Factory注解；
getSupportedSourceVersion()配置支持的Java版本
init()方法中，获取了几个即将用到的工具：
mTypeUtil--主要用于获取类
mElementUtil--主要用于解析各种元素
mFiler--用于写文件，生成代码
mMessager--用于在控制台输出信息
另外，在第一个行代码中，有一个注解AutoService(Processor.class)。这个注解的作用是可以自动生成javax.annotation.processing.Processor文件。该文件位于"build/classes/main/com/META-INF/services/"中。
文件中只有一句话，配置了注解处理器的完全限定名。
com.factorybuilder.FactoryProcesser
当然，需要在annotator Module的build.gradle添加依赖才能使用AutoService注解。
compile 'com.google.auto.service:auto-service:1.0-rc2'
注：只有在该文件配置了的注解处理器，在编译时才会被调用。
完成以上配置后，就可以进入注解的解析和处理了。在编译时，编译器将自动调用注解处理器的process方法。如下：
@AutoService(Processor.class)
public class FactoryProcesser extends AbstractProcessor {
......
@Override
public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {
for (Element annotatedElement : roundEnvironment.getElementsAnnotatedWith(Factory.class)) { //遍历所有被Factory注解的元素
if (annotatedElement.getKind() != ElementKind.CLASS) { //判断是否为类，如果不是class，抛出异常
error(annotatedElement,
String.format("Only class can be annotated with @%s",
Factory.class.getSimpleName()));
}
TypeElement typeElement = (TypeElement) annotatedElement; //将元素转换为TypeElement（因为在上面的代码中，已经判断了元素为class类型）
FactoryAnnotatedCls annotatedCls = new FactoryAnnotatedCls(typeElement); //接着将该元素保存到先前定义的类中
supperClsPath = annotatedCls.getSupperClsQualifiedName().toString(); //获取元素的父类路径（在这里为IFruit）
checkValidClass(annotatedCls);//检查元素是否符合规则
mFactoryCodeBuilder.add(annotatedCls); //将元素压入列表中，等待最后用于生成工厂代码
}
if (supperClsPath != null && !supperClsPath.equals("")) { //检查是否有父类路径
mFactoryCodeBuilder
.setSupperClsName(supperClsPath)
.generateCode(mMessager, mElementUtil, mFiler); //开始生成代码
}
return true; //return true表示处理完毕
}
}
在process方法中，
首先，遍历了所有被Factory标记的元素；
然后，对每一个元素进行检查，如果为class类型，并且符合指定的规则，统统压入FactoryCodeBuilder的列表中；
最后，如果所有的元素都符合规则，调用factoryCodeBuilderd的generateCode生成代码。
- iii. 最后，来看看FacrotyCodeBuilder都做了些什么
public class FactoryCodeBuilder {
private static final String SUFFIX = "Factory";
private String mSupperClsName;
private Map<String, FactoryAnnotatedCls> mAnnotatedClasses = new LinkedHashMap<>();
public void add(FactoryAnnotatedCls annotatedCls) {
if (mAnnotatedClasses.get(annotatedCls.getAnnotatedClsElement().getQualifiedName().toString()) != null)
return ;
mAnnotatedClasses.put(
annotatedCls.getAnnotatedClsElement().getQualifiedName().toString(),
annotatedCls);
}
public void clear() {
mAnnotatedClasses.clear();
}
......
}
代码生成器中定义了一个哈希列表，用于保存所有遍历到的符合规则的元素。
public class FactoryCodeBuilder {
......
public FactoryCodeBuilder setSupperClsName(String supperClsName) {
mSupperClsName = supperClsName; //设置上产线接口父类的路径
return this;
}
public void generateCode(Messager messager, Elements elementUtils, Filer filer) throws IOException {
TypeElement superClassName = elementUtils.getTypeElement(mSupperClsName); //通过Elements工具获取父类元素
String factoryClassName = superClassName.getSimpleName() + SUFFIX; //然后设置即将生成的工厂类的名字（在这里为IFruitFactory）
PackageElement pkg = elementUtils.getPackageOf(superClassName); //通过Elements工具，获取父类所在包名路径（在这里为annotation.demo.factorys）
String packageName = pkg.isUnnamed() ? null : pkg.getQualifiedName().toString(); //获取即将生成的工厂类的包名
TypeSpec typeSpec = TypeSpec
.classBuilder(factoryClassName)
.addModifiers(Modifier.PUBLIC)
.addMethod(newCreateMethod(elementUtils, superClassName))
.addMethod(newCompareIdMethod())
.build();
// Write file
JavaFile.builder(packageName, typeSpec).build().writeTo(filer);
}
......
}
在generateCode方法中，获取了生产线父类的名称和包名，以及为即将生成的工厂类设置了包名和类名。
然后借助了一个非常厉害的工具JavaPoet。这个工具是由square公司提供的，用于优雅地生成Java代码，如其名字“会写Java的诗人”。
在annotator build.gradle中添加依赖：
compile 'com.squareup:javapoet:1.7.0'
简单介绍一下JavaPoet的用法：
-
TypeSpec用于创建类、接口或者枚举
调用classBuilder设置类名；
调用addModifiers可以设置类的属性类型，public static final等，可以同时添加多个属性
调用addMethod可以在类中添加一个函数方法 - JavaFile将创建的类写入文件中
- MethodSpec接下来即将用到的，用于创建函数方法,其使用参考下面代码注释
更详细用法请自行google，有很多的文章可以查阅。
本例中，给工厂类生成了两个方法分别为
public static IFruit create(int id)
private static compareId(int[] ids, id)
具体代码如下：
public class FactoryCodeBuilder {
......
private MethodSpec newCreateMethod(Elements elementUtils, TypeElement superClassName) {
MethodSpec.Builder method =
MethodSpec.methodBuilder("create") //设置方法名字
.addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.STATIC) //设置方法类型为public static
.addParameter(int.class, "id") //设置参数int id
.returns(TypeName.get(superClassName.asType())); //设置返回IFruit
method.beginControlFlow("if (id < 0)") //beginControlFlow与endControlFlow要成对调用
.addStatement("throw new IllegalArgumentException($S)", "id is less then 0!")
.endControlFlow();
for (FactoryAnnotatedCls annotatedCls : mAnnotatedClasses.values()) { //遍历所有保存起来的被注解的生产线类
String packName = elementUtils
.getPackageOf(annotatedCls.getAnnotatedClsElement())
.getQualifiedName().toString(); //获取生产线类的包名全路径
String clsName = annotatedCls.getAnnotatedClsElement().getSimpleName().toString(); //获取生产线类名字
ClassName cls = ClassName.get(packName, clsName); //组装成一个ClassName
//将该生产线类的所有id组成数组
int[] ids = annotatedCls.getIds();
String allId = "{";
for (int id : ids) {
allId = allId + (allId.equals("{")? "":",") + id;
}
allId+="}";
method.beginControlFlow("if (compareId(new int[]$L, id))", allId) //开始一个控制流，判断该生产线类是否包含了指定的id
.addStatement("return new $T()", cls) // $T 替换类名，可以自动import对应的类。还有以下占位符：
// $N 用于方法名或者变量名替换，也可用于类名，但是不会自动生成import；
// $L 字面量替换，如上面if中allId的值替换；；
// $S 为替换成String
.endControlFlow();
}
method.addStatement("throw new IllegalArgumentException($S + id)", "Unknown id = ");
return method.build();
}
private MethodSpec newCompareIdMethod() {
MethodSpec.Builder builder = MethodSpec.methodBuilder("compareId") //设置函数方法名字
.addModifiers(Modifier.PRIVATE, Modifier.STATIC) //设置方法类型为private static
.addParameter(int[].class, "ids") //设置参数int[] ids
.addParameter(int.class, "id") //设置参数int id
.returns(TypeName.BOOLEAN); //设置返回类型
builder.beginControlFlow("for (int i : ids)") //开始一个控制流
.beginControlFlow("if (i == id)") //在以上for循环中加入一个if控制流
.addStatement("return true") //添加一行代码，最后会自动添加分号";"
.endControlFlow() //结束一个控制流，add和end要成对调用。这里对应if的控制流
.endControlFlow() //结束for控制流
.addStatement("return false"); //按添加返回
return builder.build();
}
}
以上代码创建了两个方法，一个对外的create方法和内部使用的compareId方法。
- 在newCreateMethod中，首先创建了create(int id)方法，然后在里面用for循环遍历所有的生产线类，并生成了对应的判断和返回,最终生成类似如下代码：
public static IFruit create(int id) {
if(compareId(new int[]{1},id)) {
return new Apple();
}
if(compareId(new int[]{2,3},id)) {
return new Pear();
}
}
- 在newCompareIdMethod中，生成了compareId方法，并生了判断输入id与生产线ID匹配的方法，生成类似如下代码：
private static boolean compareId(int[] ids, int id) {
for (int i : ids) {
if (i == id) {
return true;
}
}
return false;
}
至此，一个自动生成工厂类的注解工具就封装完成了。当然，在执行process过程中，还会对元素做一些判断，具体就不做介绍了，需要可以直接看源码。
如何使用该工具呢？如新增一个Orange生产线类型。
在app Mudule中的新建Orange如下：
@Facroty(ids = {5}, superClass = IFruit.class)
public class Orange implement IFruit {
@Override
public void produce () {
Log.d("AnnotationDemo", "生成橙子");
}
}
Build一下工程，就可以直接使用了，简直不能再爽，哈哈哈～
private void produceFruit() {
IFruitFactory.create(5).produce();
}
最后，看下自动生成的工厂类,跟手写的基本是一样的（该类位于app/build/generated/source/apt/debug/接口父类包名）：
package annotation.demo.factorys;
public class IFruitFactory {
public static IFruit create(int id) {
if (id < 0) {
throw new IllegalArgumentException("id is less then 0!");
}
if (compareId(new int[]{1}, id)) {
return new Apple();
}
if (compareId(new int[]{4,5}, id)) {
return new Orange();
}
if (compareId(new int[]{2,3}, id)) {
return new Pear();
}
if (compareId(new int[]{6}, id)) {
return new Persimmon();
}
throw new IllegalArgumentException("Unknown id = " + id);
}
private static boolean compareId(int[] ids, int id) {
for (int i : ids) {
if (i == id) {
return true;
}
}
return false;
}
}
以上代码中为了方便讲解省略了一些判断和异常处理，具体可以查看源码。
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gradle2.2以下版本配置
-
由于Android不完全支持Java8，可能会导致编译报错，所以设置Java版本为Java7。
1）在app的build.gradle的android标签中添加如下配置
compileOptions { sourceCompatibility JavaVersion.VERSION_1_7 targetCompatibility JavaVersion.VERSION_1_7 }2）在annotator的build.gradle中配置
sourceCompatibility = 1.7 targetCompatibility = 1.7 -
配置APT
1）在项目的build.gradle dependencies添加apt插件：
dependencies { classpath 'com.android.tools.build:gradle:2.3.3' // apt classpath 'com.neenbedankt.gradle.plugins:android-apt:1.8' }2）在app build.gradle最上面添加
apply plugin: 'com.neenbedankt.android-apt' -
配置annotator build.gradle依赖在dependencies中添加依赖
dependencies { ...... compile project(':annotator') apt project(':annotator') }
