• 浅谈Java/Android下的注解


    什么是注解

    java.lang.annotation,接口 Annotation,在JDK5.0及以后版本引入。

    注解是代码里的特殊标记,这些标记可以在编译类加载运行时被读取,并执行相应的处理。通过使用Annotation,开发人员可以在不改变原有逻辑的情况下,在源文件中嵌入一些补充的信息。代码分析工具、开发工具和部署工具可以通过这些补充信息进行验证、处理或者进行部署。

    Annotation不能运行,它只有成员变量,没有方法。Annotation跟public、final等修饰符的地位一样,都是程序元素的一部分,Annotation不能作为一个程序元素使用。

    注解的作用

    注解将一些本来重复性的工作,变成程序自动完成,简化和自动化该过程。比如用于生成Java doc,比如编译时进行格式检查,比如自动生成代码等,用于提升软件的质量和提高软件的生产效率。

    常见的注解

    Java/Android已经定义好的注解大致分为4种,称之为4大元注解:

    @Retention:定义该Annotation被保留的时间长度

    • RetentionPoicy.SOURCE:注解只保留在源文件,当Java文件编译成class文件的时候,注解被遗弃;用于做一些检查性的操作,比如 @Override@SuppressWarnings
    • RetentionPoicy.CLASS:注解被保留到class文件,但jvm加载class文件时候被遗弃,这是默认的生命周期;用于在编译时进行一些预处理操作,比如生成一些辅助代码(如 ButterKnife
    • RetentionPoicy.RUNTIME:注解不仅被保存到class文件中,jvm加载class文件之后,仍然存在;用于在运行时去动态获取注解信息。这个注解大都会与反射一起使用

    @Target:定义了Annotation所修饰的对象范围

    • ElementType.CONSTRUCTOR:用于描述构造器
    • ElementType.FIELD:用于描述域
    • ElementType.LOCAL_VARIABLE:用于描述局部变量
    • ElementType.METHOD:用于描述方法
    • ElementType.PACKAGE:用于描述包
    • ElementType.PARAMETER:用于描述参数
    • ElementType.TYPE:用于描述类、接口(包括注解类型) 或enum声明

    未标注则表示可修饰所有

    @Inherited:是否允许子类继承父类的注解,默认是false

    @Documented 是否会保存到 Javadoc 文档中

    自定义注解

    自定义注解中使用到较多的是运行时注解编译时注解

    运行时注解

    下面通过一个简单的动态绑定控件的例子来说明

    首先定义一个简单的自定义注解,

    @Target({ElementType.FIELD})
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    public @interface BindView {
        int value() default  -1;
    }
    

    然后在app运行时,通过反射将findViewbyId()得到的控件,注入到我们需要的变量中。

    public class AnnotationActivity extends AppCompatActivity {
    
        @BindView(R.id.annotation_tv)
        private TextView mTv;
    
        @Override
        protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_annotation);
    
            getAllAnnotationView();
    
            mTv.setText("Annotation");
        }
    
        private void getAllAnnotationView() {
            //获得成员变量
            Field[] fields = this.getClass().getDeclaredFields();
    
            for (Field field : fields) {
                try {
                    //判断注解
                    if (field.getAnnotations() != null) {
                        //确定注解类型
                        if (field.isAnnotationPresent(BindView.class)) {
                            //允许修改反射属性
                            field.setAccessible(true);
                            BindView bindView = field.getAnnotation(BindView.class);
                            //findViewById将注解的id,找到View注入成员变量中
                            field.set(this, findViewById(bindView.value()));
                        }
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
    

    最后mTv上显示的就是我们想要的“Annotation”文字,这看起来是不是有点像ButterKnife,但是要注意反射是很消耗性能的,

    所以我们常用的控件绑定库ButterKnife并不是采用运行时注解,而是采用的编译时注解.

    编译时注解

    定义

    在说编译时注解之前,我们得先提一提注解处理器AbstractProcessor
    它是javac的一个工具,用来在编译时扫描和处理注解Annotation,你可以自定义注解,并注册到相应的注解处理器,由注解处理器来处理你的注解。

    一个注解的注解处理器,以Java代码(或者编译过的字节码)作为输入,生成文件(通畅是.java文件)作为输出。这些由注解器生成的.java代码和普通的.java一样,可以被javac编译。

    导入

    因为AbstractProcessor是javac中的一个工具,所以在Android的工程下没法直接调用。下面提供一个本人尝试可行的导入方式。

    File-->New Module-->java library 新建一个java module,注意一定要是java library,不是Android library

    接下来就可以在对应的library中使用AbstractProcessor

    准备工作完成之后,下面通过一个简单的注解绑定控件的例子来讲述

    工程目录

    --app                 (主工程)
    --app_annotation      (java module 自定义注解)
    --annotation-api      (Android module)
    --app_compiler        (java module 注解处理器逻辑)
    

    在annotation module下创建注解

    @Retention(RetentionPolicy.CLASS)
    public @interface BindView {
        //绑定控件
        int value();
    }
    

    在compiler module下创建注解处理器 CustomProcessor

    public class CustomProcessor extends AbstractProcessor {
        //文件相关的辅助类
        private Filer mFiler;
        //元素相关的辅助类
        private Elements mElements;
        
        //初始化参数
        @Override
        public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnvironment) {
            super.init(processingEnvironment);
            mElements = processingEnvironment.getElementUtils();
            mFiler = processingEnvironment.getFiler();
        }
        
        //核心处理逻辑,相当于java中的主函数main(),你需要在这里编写你自己定义的注解的处理逻辑
        //返回值 true时表示当前处理,不允许后续的注解器处理
        @Override
        public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment env) {
            return true;
        }
    
        //自定义注解集合
        @Override
        public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
            Set<String> types = new LinkedHashSet<>();
            types.add(BindView.class.getCanonicalName());
            return types;
        }
    
        @Override
        public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {
            return SourceVersion.latestSupported();
        }
    }
    

    其中核心代码process函数有两个参数,我们重点关注第二个参数,因为env表示的是所有注解的集合

    首先我们先简单的说明一下porcess的处理流程

    1. 遍历env,得到我们需要的元素列表
    2. 将元素列表封装成对象,方便之后的处理(如同平时解析json数据一样)
    3. 通过JavaPoet库将对象以我们期望的形式生成java文件
    1. 遍历env,得到我们需要的元素列表
    for(Element element : roundEnvironment.getElementsAnnotatedWith(BindView.class)){
        // todo ....
    
        // 判断元素的类型为Class
        if (element.getKind() == ElementKind.CLASS) {
            // 显示转换元素类型
            TypeElement typeElement = (TypeElement) element;
            // 输出元素名称
            System.out.println(typeElement.getSimpleName());
            // 输出注解属性值
            System.out.println(typeElement.getAnnotation(BindView.class).value());
        }
    }
    

    直接通过getElementsAnnotatedWith函数就能获取到需要的注解的列表,函数体内加了些element简单的使用

    2.将元素列表封装成对象,方便之后的处理

    首先,我们需要明确,在绑定控件的这个事件下,我们需要的是控件的id。

    新建类 BindViewField.class 用来保存自定义注解BindView相关的属性

    BindViewField.class

    public class BindViewField {
    
        private VariableElement mFieldElement;
    
        private int mResId;
    
        public BindViewField(Element element) throws IllegalArgumentException {
            if (element.getKind() != ElementKind.FIELD) {
                throw new IllegalArgumentException(String.format("Only field can be annotated with @%s",
                        BindView.class.getSimpleName()));
            }
            mFieldElement = (VariableElement) element;
            BindView bindView = mFieldElement.getAnnotation(BindView.class);
            mResId = bindView.value();
            if (mResId < 0) {
                throw new IllegalArgumentException(String.format("value() in %s for field % is not valid",
                        BindView.class.getSimpleName(), mFieldElement.getSimpleName()));
            }
        }
    
        public Name getFieldName() {
            return mFieldElement.getSimpleName();
        }
    
        public int getResId() {
            return mResId;
        }
    
        public TypeMirror getFieldType() {
            return mFieldElement.asType();
        }
    }
    

    上述的BindViewField只能表示一个自定义注解bindView对象,而一个类中很可能会有多个自定义注解,所以还需要创建一个对象Annotation.class来管理自定义注解集合、

    AnnotatedClass.class

    public class AnnotatedClass {
    
        //类
        public TypeElement mClassElement;
    
        //类内的注解变量
        public List<BindViewField> mFiled;
    
        //元素帮助类
        public Elements mElementUtils;
    
        public AnnotatedClass(TypeElement classElement, Elements elementUtils) {
            this.mClassElement = classElement;
            this.mElementUtils = elementUtils;
            this.mFiled = new ArrayList<>();
        }
        
        //添加注解变量
        public void addField(BindViewField field) {
            mFiled.add(field);
        }
        
        //获取包名
        public String getPackageName(TypeElement type) {
            return mElementUtils.getPackageOf(type).getQualifiedName().toString();
        }
        
        //获取类名
        private static String getClassName(TypeElement type, String packageName) {
            int packageLen = packageName.length() + 1;
            return type.getQualifiedName().toString().substring(packageLen).replace('.', '$');
        }
    }
    

    给上完整的解析流程

    //解析过后的目标注解集合
    private Map<String, AnnotatedClass> mAnnotatedClassMap = new HashMap<>();
    
    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {
        mAnnotatedClassMap.clear();
        try {
            processBindView(roundEnvironment);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return true;
        }
        return true;
    }
    
    private void processBindView(RoundEnvironment env) {
        for (Element element : env.getElementsAnnotatedWith(BindView.class)) {
            AnnotatedClass annotatedClass = getAnnotatedClass(element);
            BindViewField field = new BindViewField(element);
            annotatedClass.addField(field);
            System.out.print("p_element=" + element.getSimpleName() + ",p_set=" + element.getModifiers());
        }
    }
    
    private AnnotatedClass getAnnotatedClass(Element element) {
        TypeElement encloseElement = (TypeElement) element.getEnclosingElement();
        String fullClassName = encloseElement.getQualifiedName().toString();
        AnnotatedClass annotatedClass = mAnnotatedClassMap.get(fullClassName);
        if (annotatedClass == null) {
            annotatedClass = new AnnotatedClass(encloseElement, mElements);
            mAnnotatedClassMap.put(fullClassName, annotatedClass);
        }
        return annotatedClass;
    }
    

    3.通过JavaPoet库将对象以我们期望的形式生成java文件

    通过上述两步成功获取了自定义注解的元素对象,但是还是缺少一步关键的步骤,缺少一步findViewById(),实际上ButterKnife这个很出名的库也并没有省略findViewById()这一个步骤,只是在编译的时候,在build/generated/source/apt/debug下生成了一个文件,帮忙执行了findViewById()这一行为而已。

    同样的,我们这里也需要生成一个java文件,采用的是JavaPoet这个库。具体的使用 参考链接

    process函数中增加生成java文件的逻辑

    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {
        mAnnotatedClassMap.clear();
        try {
            processBindView(roundEnvironment);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return true;
        }
    
        try {
            for (AnnotatedClass annotatedClass : mAnnotatedClassMap.values()) {
                annotatedClass.generateFinder().writeTo(mFiler);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return true;
    }
    

    其中核心逻辑annotatedClass.generateFinder().writeTo(mFiler);
    具体实现在AnnotatedClass

    public JavaFile generateFinder() {
    
        //构建 inject 方法
        MethodSpec.Builder methodBuilder = MethodSpec.methodBuilder("inject")
                .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
                .addAnnotation(Override.class)
                .addParameter(TypeName.get(mClassElement.asType()), "host", Modifier.FINAL)
                .addParameter(TypeName.OBJECT, "source")
                .addParameter(Utils.FINDER, "finder");
    
        //inject函数内的核心逻辑,
        // host.btn1=(Button)finder.findView(source,2131427450);  ----生成代码
        // host.$N=($T)finder.findView(source,$L)                 ----原始代码
        // 对比就会发现这里执行了实际的findViewById绑定事件
        for (BindViewField field : mFiled) {
            methodBuilder.addStatement("host.$N=($T)finder.findView(source,$L)", field.getFieldName()
                    , ClassName.get(field.getFieldType()), field.getResId());
        }
    
        String packageName = getPackageName(mClassElement);
        String className = getClassName(mClassElement, packageName);
        ClassName bindClassName = ClassName.get(packageName, className);
    
        //构建类对象
        TypeSpec finderClass = TypeSpec.classBuilder(bindClassName.simpleName() + "$$Injector")
                .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
                .addSuperinterface(ParameterizedTypeName.get(Utils.INJECTOR, TypeName.get(mClassElement.asType())))   //继承接口
                .addMethod(methodBuilder.build())
                .build();
    
        return JavaFile.builder(packageName, finderClass).build();
    }
    

    到这里,大部分逻辑都已实现,用来绑定控件的辅助类也已通关JavaPoet生成了,只差最后一步,宿主注册,如同ButterKnife一般,ButterKnife.bind(this)

    编写调用接口

    在annotation-api下新建

    注入接口Injector

    public interface Injector<T> {
    
        void inject(T host, Object source, Finder finder);
    }
    

    宿主通用接口Finder(方便之后扩展到view和fragment)

    public interface Finder {
    
        Context getContext(Object source);
    
        View findView(Object source, int id);
    }
    

    activity实现类 ActivityFinder

    public class ActivityFinder implements Finder{
    
        @Override
        public Context getContext(Object source) {
            return (Activity) source;
        }
    
        @Override
        public View findView(Object source, int id) {
            return ((Activity) (source)).findViewById(id);
        }
    }
    

    核心实现类 ButterKnife

    public class ButterKnife {
    
        private static final ActivityFinder finder = new ActivityFinder();
        private static Map<String, Injector> FINDER_MAP = new HashMap<>();
    
        public static void bind(Activity activity) {
            bind(activity, activity);
        }
    
        private static void bind(Object host, Object source) {
            bind(host, source, finder);
        }
    
        private static void bind(Object host, Object source, Finder finder) {
            String className = host.getClass().getName();
            try {
                Injector injector = FINDER_MAP.get(className);
                if (injector == null) {
                    Class<?> finderClass = Class.forName(className + "$$Injector");
                    injector = (Injector) finderClass.newInstance();
                    FINDER_MAP.put(className, injector);
                }
                injector.inject(host, source, finder);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    

    主工程下调用

    对应的按钮可以直接使用,不需要findViewById()

    public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    
        @BindView(R.id.annotation_tv)
        public TextView tv1;
        
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);
            ButterKnife.bind(this);
            tv1.setText("annotation_demo");
        }
    }
    

     

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