使用itext7在PDF中实现多种文字水印效果

itext5的水印方案许多年前掘金已有文章介绍（JAVA itextpdf 为PDF添加多种水印），但itext7已经问世许久，至今网络上还很难找到介绍这个巨大变革后的itext7相关文章，从包、类、方法到参数、流程都有了许多的不同，在开源的java库中，很难找到比itext对PDF操作更精细的库，唯一值得比较的pdfbox，在性能上也是落后的，所以其实选择空间很有限。

从5到7的升级并没有让这个库变得简单，许多地方的繁琐不亚于从前，且更不易控制了。即便如此，升级也是必须的，itext5隐藏的问题也非常的多，而且也停止更新很久了，安全漏洞也不会再更新。

首先就是包的引入，相信现在大多数人已经从maven转为了gradle，下面是gradle的dependencies：

dependencies {
    implementation 'com.itextpdf:kernel:7.2.5'
    implementation 'com.itextpdf:layout:7.2.5'
}

参数设定

以前的itext5文章中第一个出现的类PdfStamper在新版中已经不存在了，现在是围绕PdfDocument来操作基础文件的。同时以前作为水印对象的PdfContentByte也已不在，现在是使用Canvas进行操作，下面来看一下基础的一些参数设置：

//水印文本
String text = "Computer Engineering";
//文字大小
int size = 32; 
//出入的文档
PdfDocument pdfDoc = new PdfDocument(new PdfReader("EC0066761.pdf"), new PdfWriter("output.pdf")); 
//水印旋转的角度 
float angle = (float) Math.toRadians(35); 
//字体
PdfFont font = PdfFontFactory.createFont(FontProgramFactory.createFont(StandardFonts.HELVETICA)); 
//段落
Paragraph paragraph = new Paragraph(text)  
    .setFont(font).setFontSize(size);  
//图形状态参数
PdfExtGState gs = new PdfExtGState();  
//水印自身透明度的设置
gs.setFillOpacity(0.2f);  
//页面大小
PageSize pageSize = pdfDoc.getDefaultPageSize();  

对比以前，PdfDocument的初始化看上去简单了些，两个参数看上去比较干净。不过紧接着就是一个坑，下面的旋转角度请注意，用的是弧度制，所以要用角度制就必须用Math.toRadians转换一下。在其他地方可能也有这种问题，曾经的版本使用角度制，而新版改用了弧度制。用于扩展设定的PdfGState改为了PdfExtGState，这个改变主要是新版支持了ISO-320001标准，但移除了一些的方法，例如setOverPrintStroking(boolean op)，toPdf(PdfWriter writer,OutputStream os)，不过影响不大。

基本的参数设定完毕，接下来就是一个分叉口，是生成什么类型的水印，单个的居中水印，还是满屏的水印，无论是哪种，以上的参数设置都是需要的，下面先看一下单个水印：

单水印

使用下面这段代码即可生成好单个屏幕居中的水印：

for (int i = 1; i <= pdfDoc.getNumberOfPages(); i++) {
        PdfCanvas over = new PdfCanvas(pdfDoc.getPage(i));
        over.setFillColor(ColorConstants.BLACK);
        over.setExtGState(gs);
        Canvas canvas = new Canvas(over, pageSize)
                .showTextAligned(paragraph,
                        pageSize.getWidth() / 2,
                        pageSize.getHeight() / 2, i,
                        TextAlignment.CENTER, VerticalAlignment.MIDDLE, angle);
        canvas.close();
}
pdfDoc.close();

循环和以前一样，页码都是从第1页开始的，而非第0页。不过，请注意一个细节：上面有两个地方都用到了页码，但却有不同，用pdfDoc.getPage(0)会直接抛出IndexOutOfBoundsException，但Canvas.showTextAligned(,,,0,)，这个页码参数用0却并不会出错，会将这个canvas显示在第1页上。但你可千万别觉得此处的页码是从0开始的，查看一下此处的源码就会发现，这里只是进行了一个值的判断，查看Github源代码

// RootElement.showTextAligned 源码
public T showTextAligned(Paragraph p, float x, float y, int pageNumber, 
    TextAlignment textAlign, VerticalAlignment vertAlign, float radAngle) {
    ...
    if (pageNumber == 0)
        pageNumber = 1;
    ...
}

此处如果是0页则变为1页，但如果第1页，一样是第1页，跟上面的.getPage是不同的，这样混沌式的兼容实在是数不胜数，如果要对这种库进行封装，建议不要进行这样混乱的行为，从1开始就请禁止0的输入

另外，此处的angle就是上文所提到的弧度制值，上面的参数设置已经过了Math.toRadians()的处理，此处直接使用即可。将页面的长宽都/2很好理解，就是定位在中心的位置，至于本身的长宽的影响itext自身就会处理好，不需要修正

单水印效果

满屏水印

满屏水印是要复杂一些的，平铺在页面上只需要循环一下页面的高宽/水印本身大小，就可以铺满屏幕了，但这个水印本身大小就是一个麻烦，因为我们必须要知道旋转后的水印大小，而旋转这个操作是发生在showTextAligned这个方法执行时的，但旋转之后，这个水印就已经出现在PDF上了，这个流程无法拆分，那怎么办呢？

可能第一时间会想到一种办法，先画一个canvas上去，然后获取这个canvas的区域。但是，这个获取区域实际上就做不到，因为初始化canvas本身时，它就需要一个区域，这时通常是直接将整个page大小都给它，所以canvas.getRootArea()再获取时，也只会获得和PageSize的一样大的区域。所以只有提前计算好旋转后的水印大小，计算分如下三步：

1. 计算出文本的宽度，在itext中这很简单，他的PdfFont.getWidth()就能算出来这个值
2. 根据这个宽度和设定的角度用正弦定理计算出旋转后的高度
3. 根据前两项(文本的宽度(斜边长)和旋转后的高度)用勾股定理计算出旋转后的宽度

有了思路计算这三个值就比较简单了：

// 文本宽度(用于计算间隔)  
float textWidth = font.getWidth(text, size);  
// 用正弦定理计算出水印高度
float labelHeight = (float) Math.sin(angle) * textWidth;
// 用勾股计算出旋转后的水印宽度
float labelWidth = (float) Math.sqrt(Math.pow(textWidth, 2) - Math.pow(labelHeight, 2));

有了旋转后的高宽就可以直接循环铺满了

满屏基础效果

for (int i = 1; i <= pdfDoc.getNumberOfPages(); i++) {
        PdfCanvas over = new PdfCanvas(pdfDoc.getPage(i));
        over.setFillColor(ColorConstants.BLACK);
        over.setExtGState(gs);
        for (int x = 0; x < pageSize.getWidth() / labelWidth; x++) {
                for (int y = 0; y < pageSize.getHeight() / labelHeight; y++) {
                        float pX = x * labelWidth * 1.1f;
                        float pY = y * labelHeight * 1.1f;
                        Canvas canvas = new Canvas(over, pageSize);
                        canvas.showTextAligned(paragraph,
                                        pX, pY, i,
                                        TextAlignment.CENTER, VerticalAlignment.MIDDLE,
                                        angle);
                        canvas.close();
                }
        }
}
pdfDoc.close();

中间的pX，pY都乘1.1是为了水印之间保持一些间距，下面看效果图：

带border的平铺效果

可以在进行循环之前，对paragraph设置一下border让水印变得好看一些：

paragraph.setPadding(12).setBorder(new SolidBorder(ColorConstants.GRAY, 2));

不过可能很多不喜欢这个效果，我也没有在其他带水印的PDF中看到过这样的效果。

平行密集平铺效果

更多的人可能喜欢更紧凑一些的水印，这样的话就不要设置边框了更不好看，pX也不能乘1.1倍了，可以改成除以2缩小间距。因为边距缩小了，所以在循环x值时，范围也要再乘以2，增多水印数量来铺满：

for (int x = 0; x < pageSize.getWidth() / labelWidth * 2; x++) {
        for (int y = 0; y < pageSize.getHeight() / labelHeight; y++) {
                float pX = x * labelWidth / 2;
                float pY = y * labelHeight * 1.1f;
                Canvas canvas = new Canvas(over, pageSize);
                canvas.showTextAligned(paragraph,
                                pX, pY, i,
                                TextAlignment.CENTER, VerticalAlignment.MIDDLE, angle);
                canvas.close();
        }
}

只变动了两个值，即可达到效果，如下所示

可以将上面labelWidth前后的的 *2,/2 改成 *3,/3 显得更密集，不过可能有人不喜欢这个太过平行的效果，让人感觉有些半斜不斜

斜向密集平铺效果

根据x的变化来增加pY的值，同时和上面pX的调整一样，减小高度的边距，使得整体变得更加倾斜和密集

for (int x = 0; x < pageSize.getWidth() / labelWidth * 2; x++) {
        for (int y = 0; y < pageSize.getHeight() / labelHeight * 1.25; y++) {
                float pX = x * labelWidth / 2;
                float pY = y * labelHeight * .8f + x * labelHeight * .2f;
                Canvas canvas = new Canvas(over, pageSize);
                canvas.showTextAligned(paragraph,
                        pX, pY, i,
                        TextAlignment.CENTER, VerticalAlignment.MIDDLE, angle);
                canvas.close();
        }
}

效果如下

只要掌握了labelWidth，labelHeight的值，对其进行调整就能铺出各种各样的效果，但记得调整好循环范围，铺满PDF即可，不要超出太多损失性能。

下面贴下最后一种效果的完整代码：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    String text = "Computer Engineering";
    int size = 32;
    PdfDocument pdfDoc = new PdfDocument(new PdfReader("EC0066761.pdf"), new PdfWriter("output.pdf"));
    float angle = (float) Math.toRadians(35);
    PdfFont font = PdfFontFactory.createFont(FontProgramFactory.createFont(StandardFonts.HELVETICA));
    Paragraph paragraph = new Paragraph(text)
            .setFont(font).setFontSize(size);
    PdfExtGState gs = new PdfExtGState();
    gs.setFillOpacity(0.2f);
    PageSize pageSize = pdfDoc.getDefaultPageSize();

    // 文本宽度(用于计算间隔)
    float textWidth = font.getWidth(text, size);
    // 用正弦定理计算出水印高度
    float labelHeight = (float) Math.sin(angle) * textWidth;
    // 用勾股计算出旋转后的水印宽度
    float labelWidth = (float) Math.sqrt(Math.pow(textWidth, 2) - Math.pow(labelHeight, 2));
    for (int i = 1; i <= pdfDoc.getNumberOfPages(); i++) {
            PdfCanvas over = new PdfCanvas(pdfDoc.getPage(i));
            over.setFillColor(ColorConstants.BLACK);
            over.setExtGState(gs);
            for (int x = 0; x < pageSize.getWidth() / labelWidth * 2; x++) {
                    for (int y = 0; y < pageSize.getHeight() / labelHeight * 1.25; y++) {
                            float pX = x * labelWidth / 2;
                            float pY = y * labelHeight * .8f + x * labelHeight * .2f;
                            Canvas canvas = new Canvas(over, pageSize);
                            canvas.showTextAligned(paragraph,
                                    pX, pY, i,
                                    TextAlignment.CENTER, VerticalAlignment.MIDDLE, angle);
                            canvas.close();
                    }
            }
    }
    pdfDoc.close();
}

另外，如果使用汉字水印，要改变PdfFontFactory.createFont处的字体，和旧版一样，itext默认是没有中文字体的，要手动导入中文字体的otf/ttf文件，这点就不赘述了

最后说一个小问题值得注意，itext的定位是以左下角为基准的，并非左上角