仿照 ButterKnife 的 Android 注解实例

什么是注解

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

注解处理器是 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,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(通常是 .java 文件)作为输出。这些生成的 Java 代码是在生成的 .java 文件中,所以你不能修改已经存在的 Java 类,例如向已有的类中添加方法。这些生成的 Java 文件,会同其他普通的手动编写的 Java 源代码一样被 javac 编译。

基本的注解

  • @ Override--限定重写父类方法
  • @ Deprecated--标示已过时
  • @ SuppressWarning--抑制编译器警告
  • @ SafeVarargs--这货与Java7里面的堆污染有关,具体想了解的,到传送这里

JDK的元注解

JDK除了提供上述的几种基本的注释外,还提供了几种注释,用于修饰其他的注解定义

  1. @retention 这个是决定你注释存活的时间的,它包含一个RetationPolicy的值成员变量,用于指定它所修饰的注释保留时间,一般有:

      • Retationpolicy.CLASS:  编译器将把注释记录在类文件中,不过当Java的程序执行的时候,JVM将抛弃它。
      • Retationpolicy.SOURCE:  Annotation只保留在原代码中,当编译器编译的时候就会抛弃它。
      • Retationpolicy.RUNTIME:  在Retationpolicy.CLASS的基础上,JVM执行的时候也不会抛弃它,所以我们一般在程序中可以通过反射来获得这个注解,然后进行处理。
  2. @target 这个注解一般用来指定被修饰的注释修饰哪些元素,这个注解也包含一个值变量:

      • ElementType.ANNOTATION_TYPE:  指定该注释只能修饰注释。
      • ElementType.CONSTRUCTOR:  指定只能修饰构造器。
      • ElementType.FIELD:  指定只能成员变量。
      • ElementType.LOCAL_VARIABLE:  指定只能修饰局部变量。
      • ElementType.METHOD:  指定只能修饰方法。
      • ElementType.PACKAGE:  指定只能修饰包定义。
      • ElementType.PARAMETER:  指定只能修饰参数。
      • ElementType.TYPE:  指定可以修饰类,接口,枚举定义。
  3. @Document 这个注解修饰的注释类可以被 javadoc 的工具提取成文档

  4. @Inherited 被他修饰的注解具有继承性


自定义注释

上面讲了一些JDK自带的注释,那么我们现在就可以用这些JDK自带的注释来实现一些我们想要的功能。先一步一步地模仿 butterknife 的实现吧。

定义一个注解:

@Target(ElementType.FIELD) // 用于成员变量
@Retention(RetentionPolicy.CLASS) //注解保留在 class 文件, 当Java的程序执行的时候,JVM将抛弃它
public @interface BindView {
    int value();
}
注解定义的方式就是 @interface 和接口的定义方式就少一个 @ 哦,不要搞混了。里面有一个变量值时,就是我们使用的时候 @BindView 
(R.id.textView) 指定的 R.id.textView id,旨在自动注入 view 的 id。

注解处理器

先来说下注解处理器 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(通常是.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。

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。

新建一个 java library

在 build.gradle 引入相关 jar :

apply plugin: ‘java-library‘

dependencies {
    implementation fileTree(dir: ‘libs‘, include: [‘*.jar‘])
    api ‘com.squareup:javapoet:1.7.0‘
    api ‘com.google.auto.service:auto-service:1.0-rc2‘
    api project(‘:lib-annotation‘)
}

sourceCompatibility = "1.7"
targetCompatibility = "1.7"

//指定编译的编码
tasks.withType(JavaCompile){
    options.encoding = "UTF-8"
}

javapoet 和 auto-service 后面会讲到,这两个在注解处理器中有着极大的作用。

引入之后,就开始编写注解处理器了。

@AutoService(Processor.class)
public class CustomProcessor extends AbstractProcessor {
    private static final String TAG = "CustomProcessor";
    // 文件相关的辅助类
    private Filer mFiler;
    // 元素相关的辅助类
    private Elements mElements;
    // 元素相关的辅助类
    private Elements mElementUtils;

    /**
     * 解析的目标注解集合
     */
    private Map<String, AnnotatedClass> mAnnotatedClassMap = new HashMap<>();

    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnvironment) {
        super.init(processingEnvironment);
        mElementUtils = 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 roundEnvironment) {
        mAnnotatedClassMap.clear();
        try {
            processBindView(roundEnvironment);
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            return true;
        }

        try {
            for (AnnotatedClass annotatedClass : mAnnotatedClassMap.values()) {
                annotatedClass.generateFinder().writeTo(mFiler);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return true;
    }

    @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
        Set<String> types = new LinkedHashSet<>();
     // 标明该注解处理器是为了处理 BindView 注解的 types.add(BindView.
class.getCanonicalName()); return types; } private void processBindView(RoundEnvironment roundEnv) { for (Element element : roundEnv.getElementsAnnotatedWith(BindView.class)) { // element = tv1; AnnotatedClass annotatedClass = getAnnotatedClass(element); BindViewField field = new BindViewField(element); annotatedClass.addField(field);
       // 通过上面方法调用,可以获取到注解元素,以及和注解元素相关的类名,通过注解元素获得被注解的成员变量名,后续会对其进行初始化 } }
private AnnotatedClass getAnnotatedClass(Element element) {
     // 通过注解元素获取其封装类,获得类的引用 TypeElement encloseElement
= (TypeElement) element.getEnclosingElement(); // encloseElement.getSimpleName() = MainActivity; String fullClassName = encloseElement.getQualifiedName().toString(); // com.sjq.recycletest.MainActivity AnnotatedClass annotatedClass = mAnnotatedClassMap.get(fullClassName); if (annotatedClass == null) {
       // 存到map当中,不用每次都生成一次,这样一个类里面有多个注解的时候,可以加快处理速度 annotatedClass
= new AnnotatedClass(encloseElement, mElementUtils); mAnnotatedClassMap.put(fullClassName, annotatedClass); } return annotatedClass; } @Override public SourceVersion getSupportedSourceVersion() { return SourceVersion.latestSupported(); } }
  • init(ProcessingEnvironment processingEnvironment)每一个注解处理器类都必须有一个空的构造函数。然而,这里有一个特殊的init()方法,它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 Types 和 Filer。后面我们将看到详细的内容。

  • process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment)这相当于每个处理器的主函数main()。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。后面我们将看到详细的内容。

  • getSupportedAnnotationTypes()这里你必须指定,这个注解处理器是注册给哪个注解的。注意,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。换??句话说,你在这里定义你的注解处理器注册到哪些注解上。

  • 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。推荐你使用前者。

在类前面,使用了 AutoService 注解,这个在 build.gradle 中已经引入。AutoService 注解处理器是 Google 开发的,用来生成 META-INF/services/ javax.annotation.processing.Processor 文件的,你只需要在你定义的注解处理器上添加 @AutoService(Processor.class) 就可以了,简直不能再方便了。

注解器处理流程

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,比如获取元素的各种属性等

  3. 通过 JavaPoet 库将对象以我们期望的形式生成 java 文件,来处理注解

第一步:遍历env,得到我们需要的元素列

if (element.getKind() == ElementKind.FEILD) {
        // 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());
    }
}

上面的代码和 processBindView 的代码是一样的。判断元素类型,在进一步处理。有些注解可能对类和方法是同时生效的,这时候,判断类型分别处理就显得非常有必要了。

getElementsAnnotatedWith 能够获取到添加该注解的所有元素列表


第二步:将元素列表封装成对象,方便之后的处理

其实不进行封装也是可以的,但是这样当我们在使用的时候,可能就需要在不同的地方写很多重复的代码,为此,可以进一步封装,当我们需要获取元素属性的时候,直接调用相关方法即可。

新建类 BindViewField.class 用来保存自定义注解 BindView 相关的属性,后续需要元素上的信息都可以从该类获取。

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()));
        }
     // 该注解用于成员变量的,因此需要进行转化 mFieldElement
= (VariableElement) element;
     // 在进一步转化为注解类型 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。很多时候,会同时存在很多其他注解,每一种注解都需要一个单独对象来管理属性。而一个类中很可能会有多个自定义注解,因此,对于在同一个类里面的注解,我们可以创建一个对象来进行管理,这就是 Annotation.class。

public class AnnotatedClass {

    //
    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;
        // type.getQualifiedName().toString() = com.sjq.recycletest.MainActivity
        return type.getQualifiedName().toString().substring(packageLen).replace(‘.‘, ‘$‘);
    }
}

第三步: 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

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);  // com.sjq.recycletest
        String className = getClassName(mClassElement, packageName);
        ClassName bindClassName = ClassName.get(packageName, className); // bindClassName.toString()  com.sjq.recycletest.MainActivity

        //构建类对象,注意此处的 $$Injector,生成的类名是由我们自己来控制的
        TypeSpec finderClass = TypeSpec.classBuilder(bindClassName.simpleName() + "$$Injector")
                .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
                .addSuperinterface(ParameterizedTypeName.get(Utils.INJECTOR, TypeName.get(mClassElement.asType())))   //继承接口
                .addMethod(methodBuilder.build()) // 添加方法
                .build();

        return JavaFile.builder(packageName, finderClass).build();
    }

上述代码先生成一个方法名,再添加函数体,接着把这个方法添加到一个类当中,这个类名是按照一定的规则拼接的,这也是后面采用反射获取生成类名的关键所在。

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 android library。

注入接口 Injector

 最终会调用该方法来实现注解。

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

 顾名思义,就是通过 activity 的 findViewById 来找到某个 view。

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();
  // 用于存储已经绑定的class,避免重复绑定
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) {
          // 此处拿到的类名就是通过注解生成的中间处理类,即 MainActivity$$Injector Class
<?> finderClass = Class.forName(className + "$$Injector");
          // 通过反射拿到class实例 injector
= (Injector) finderClass.newInstance(); FINDER_MAP.put(className, injector); } injector.inject(host, source, finder); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }

 在 bind 方法内部,通过一定的规则拼接最后生成的 .java 文件类名,然后通过反射的方法拿到实例,最后,调用 injector.inject 的方法来完成初始化,该方法就是得通过注解来生成的。

主工程下调用 

对应的按钮可以直接使用,不需要findViewById(),这样我们可以少写很多同样代码,逻辑上也变得非常清楚。

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);
     // tv1 的初始化过程就是在bind过程中完成的 ButterKnife.bind(
this); tv1.setText("annotation_demo"); } }

 选择 build 下的 make project,会进行编译:

最终生成的类名如下:

public class MainActivity$$Injector implements Injector<MainActivity> {
  @Override
  public void inject(final MainActivity host, Object source, Finder finder) {
  // 最终还是通过 findViewById 来对 tv1 进行初始化 host.tv1
=(TextView)finder.findView(source,2131165300); } }

 到此,该实例讲解结束。

总结:

下面会对上面的实例的思想进行总结,方便大家进一步理解其实现原理:

1、先看代码层面的。可以看到在主工程先对成员变量 tv1 添加了注解,获得了 view 的 id;其次先调用 bind 方法,获取到 activity 实例。接着就开始调用 tv1.setText。可是有没有发现,tv1 没有初始化。其初始化过程就是在 bind 这个过程当中。

2、注解生成代码过程。通过获取成员变量所属的类,根据类名和命名规则获取最后注解会生成的类名,通过反射的形式,调用其中的 inject 方法。inject 方法中会有 activity 的 this 引用,通过 findViewById 方法,即可为 tv1 初始化。这样后面调用  tv1.setText 就不会出现空指针了。

项目源码:https://download.csdn.net/download/szengjiaqi/10629127

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参考文献:

1、Android的编译时注解APT实战(AbstractProcessor)

2、浅谈Android下的注解

 

仿照 ButterKnife 的 Android 注解实例

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