android APT技术

1，背景

        对于注解的使用，想必大家都不陌生，它出现在我们的源码中，以及大部分框架中，比如ButterKnife、Arouter、Retrofit，但它们是有区别的，其中前2个是编译时注解，最后一个是运行时注解。我们都知道用注解可以简化代码，但大多数同学对其中的原理和实现方式还是很陌生的，下面就带大家入门编译时注解。



2，结合实例讲解

以仿写ButterKnife为例，内容如下：

  • 创建自定义注解@interface；
  • 创建并注册注解处理器AbstractProcesso，生成处理注解逻辑的.java文件；
  • 封装一个供外部调用的API，用的是反射技术，具体来说就是调用第二步中生成的代码中的方法；
  • 在项目中使用，比如Activity、Fragment、Adapter

APT实现方案

这里按功能职责，分多个module来处理，具体如下：

  • annotation:自定义注解（java lib）
  • processor:注解处理器AbstractProcessor （java lib）
  • inject_api: 供外部调用的API （android lib）
  • app：项目使用 android lib）
步骤一：创建自定义注解

创建一个Java Library，名称为annotation，作用是保存所有注解。

步骤二：实现注解处理器AbstractProcessor

创建一个Java Library，名称为processor，作用是扫描、解析、处理注解。

processor的Gradle配置如下：

创建自己的Processor来实现注解处理器：

//通过 AutoService 将 Processor 声明到 META-INF 中
@AutoService(Processor.class)
public class ButterKnifeProcessor extends AbstractProcessor {/*** 生成文件的工具类*/private Filer filer;/*** 打印信息*/private Messager messager;/*** 元素相关*/private Elements elementUtils;private Types typeUtils;/*** 存放被注解标记的所有变量，按类来划分*/private Map<String, ProxyInfo> proxyInfoMap = new HashMap<>();/*** 一些初始化操作，获取一些有用的系统工具类** @param processingEnv*/@Overridepublic synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv) {super.init(processingEnv);filer = processingEnv.getFiler();messager = processingEnv.getMessager();elementUtils = processingEnv.getElementUtils();typeUtils = processingEnv.getTypeUtils();}/*** 设置支持的版本** @return 这里用最新的就好*/@Overridepublic SourceVersion getSupportedSourceVersion() {return SourceVersion.latestSupported();}/*** 设置支持的注解类型** @return*/@Overridepublic Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {//添加支持的注解HashSet<String> set = new HashSet<>();set.add(BindView.class.getCanonicalName());return set;}/*** 注解内部逻辑的实现* <p>* Element代表程序的一个元素，可以是package, class, interface, method.只在编译期存在* TypeElement：变量；TypeElement：类或者接口** @param annotations* @param roundEnv* @return*/@Overridepublic boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "annotations size--->" + annotations.size());//1、获取要处理的注解的元素的集合Set<? extends Element> elements = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(BindView.class);//process()方法会调用3次，只有第一次有效，第2，3次调用的话生成.java文件会发生异常if (elements == null || elements.size() < 1) {return true;}//2、按类来划分注解元素，因为每个使用注解的类都会生成相应的代理类for (Element element : elements) {checkAnnotationValid(element, BindView.class);//获取被注解的成员变量//这里被注解的类型只能是变量，所以可以直接强转VariableElement variableElement = (VariableElement) element;//获取该元素的父元素，这里是父类TypeElement typeElement = (TypeElement) variableElement.getEnclosingElement();//获取全类名String className = typeElement.getQualifiedName().toString();//获取被注解元素的包名String packageName = elementUtils.getPackageOf(element).getQualifiedName().toString();//获取注解的参数int resourceId = element.getAnnotation(BindView.class).value();//生成ProxyInfo对象//一个类里面的注解都在一个ProxyInfo中处理ProxyInfo proxyInfo = proxyInfoMap.get(className);if (proxyInfo == null) {proxyInfo = new ProxyInfo(typeElement, packageName);proxyInfoMap.put(className, proxyInfo);}proxyInfo.viewVariableElement.put(resourceId, variableElement);}//3、生成注解逻辑处理类for (String key : proxyInfoMap.keySet()) {ProxyInfo proxyInfo = proxyInfoMap.get(key);JavaFile javaFile = JavaFile.builder(proxyInfo.packageName, proxyInfo.generateProxyClass())//在文件头部添加注释.addFileComment("auto generateProxyClass code,can not modify").build();try {javaFile.writeTo(filer);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}return true;}/*** 检查注解是否可用** @param annotatedElement* @param clazz* @return*/private boolean checkAnnotationValid(Element annotatedElement, Class clazz) {if (annotatedElement.getKind() != ElementKind.FIELD) {messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "%s must be declared on field.", annotatedElement);return false;}if (annotatedElement.getModifiers().contains(PRIVATE)) {messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "%s() can not be private.", annotatedElement);return false;}if (!isView(annotatedElement.asType())) {return false;}return true;}//递归判断android.view.View是不是其父类private boolean isView(TypeMirror type) {List<? extends TypeMirror> supers = typeUtils.directSupertypes(type);if (supers.size() == 0) {return false;}for (TypeMirror superType : supers) {if (superType.toString().equals("android.view.View") || isView(superType)) {return true;}}return false;}
}

下面开始这个Processor类的详解：

  • 继承AbstractProcessor,需要重写process()方法，这里是处理注解内部逻辑的，也是本文的关键点之一；

  • 此外还需要实现几个简单的方法init ()、getSupportedSourceVersion()、getSupportedAnnotationTypes()

  • getSupportedSourceVersion()：设置支持的版本，一般用最新的就好；

  • getSupportedAnnotationTypes()：添加支持的注解类型，可以是单个／多个，用Set存储；

  • init ()：一些初始化操作，获取一些有用的系统工具类，比如生成文件、打印信息、处理元素等；

        

   @AutoService(Processor.class)，生成 META-INF 信息；这里使用 Google 的 AutoService 来创建 META-INF，并将被注解的文件声明到 META-INF 中，这里是ButterKnifeProcessor。
下面是META-INF 的文件目录：

文件内容com.zx.processor.ButterKnifeProcessor，这就是我们自定义的注解处理器ButterKnifeProcessor的路径。

接下来讲解最关键的process()方法

它的工作内容是扫描处理注解，最终生成.java文件，这个文件里面就是注解的业务逻辑。

这里主要分为3步：

  • 1、通过getElementsAnnotatedWith()获取要处理的注解的元素的集合，换句话说，找到所有Class中被@BindView注解标记的变量；
  • 2、遍历第一步中的元素集合，由于这个注解可能会在多个类中使用，所以我们以类名为单元划分注解。具体说，新建一个ProxyInfo对象去保存一个类里面的所有被注解的元素；用proxyInfoMap去保存所有的ProxyInfo；大概是这个样子Map<String, ProxyInfo> proxyInfoMap = new HashMap<>();
  • 3、在ProxyInfo中为每个使用了@BindView注解的类生成一个代理类；
  • 4、遍历proxyInfoMap，通过ProxyInfo和JavaFile生成具体的代理类文件
 /*** 注解内部逻辑的实现* <p>* Element代表程序的一个元素，可以是package, class, interface, method.只在编译期存在* TypeElement：变量；TypeElement：类或者接口** @param annotations* @param roundEnv* @return*/@Overridepublic boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "annotations size--->" + annotations.size());//1、获取要处理的注解的元素的集合Set<? extends Element> elements = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(BindView.class);//process()方法会调用3次，只有第一次有效，第2，3次调用的话生成.java文件会发生异常if (elements == null || elements.size() < 1) {return true;}//2、按类来划分注解元素，因为每个使用注解的类都会生成相应的代理类for (Element element : elements) {checkAnnotationValid(element, BindView.class);//获取被注解的成员变量//这里被注解的类型只能是变量，所以可以直接强转VariableElement variableElement = (VariableElement) element;//获取该元素的父元素，这里是父类TypeElement typeElement = (TypeElement) variableElement.getEnclosingElement();//获取全类名String className = typeElement.getQualifiedName().toString();//获取被注解元素的包名String packageName = elementUtils.getPackageOf(element).getQualifiedName().toString();//获取注解的参数int resourceId = element.getAnnotation(BindView.class).value();//生成ProxyInfo对象//一个类里面的注解都在一个ProxyInfo中处理ProxyInfo proxyInfo = proxyInfoMap.get(className);if (proxyInfo == null) {proxyInfo = new ProxyInfo(typeElement, packageName);proxyInfoMap.put(className, proxyInfo);}proxyInfo.viewVariableElement.put(resourceId, variableElement);}//3、生成注解逻辑处理类for (String key : proxyInfoMap.keySet()) {ProxyInfo proxyInfo = proxyInfoMap.get(key);JavaFile javaFile = JavaFile.builder(proxyInfo.packageName, proxyInfo.generateProxyClass()).addFileComment("auto generateProxyClass code,can not modify").build();try {javaFile.writeTo(filer);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}return true;}

具体来说，可以按如下分类：

  • PackageElement 一般代表Package
  • TypeElement 一般代表代表类
  • VariableElement 一般代表成员变量
  • ExecutableElement 一般代表类中的方法

通过javapoet生成注解逻辑代码的具体步骤如下：

 /*** 通过javapoet API生成代理类* @return*/public TypeSpec generateProxyClass() {//代理类实现的接口ClassName viewInjector = ClassName.get("com.zx.inject_api", "IViewInjector");//原始的注解类ClassName className = ClassName.get(typeElement);//  泛型接口，implements IViewInjector<MainActivity>ParameterizedTypeName parameterizedTypeName = ParameterizedTypeName.get(viewInjector, className);//生成接口的实现方法inject()MethodSpec.Builder bindBuilder = MethodSpec.methodBuilder("inject").addModifiers(Modifier.PUBLIC).addAnnotation(Override.class) //添加方法注解.addParameter(className, "target").addParameter(Object.class, "source");for (int id : viewVariableElement.keySet()) {VariableElement element = viewVariableElement.get(id);String fieldName = element.getSimpleName().toString();bindBuilder.addStatement(" if (source instanceof android.app.Activity){target.$L = ((android.app.Activity) source).findViewById( $L);}" +"else{target.$L = ((android.view.View)source).findViewById($L);}", fieldName, id, fieldName, id);}MethodSpec bindMethodSpec = bindBuilder.build();//创建类TypeSpec typeSpec = TypeSpec.classBuilder(proxyClassName).addModifiers(Modifier.PUBLIC).addSuperinterface(parameterizedTypeName) //实现接口.addMethod(bindMethodSpec).build();return typeSpec;}

        这里通过javapoet的API去生成代理类的代码，大概就是TypeSpec生成类，MethodSpec生成方法。这里以MainActivity举例，具体生成处理注解的代理类如下：

package com.zx.compileannotation;import com.zx.inject_api.IViewInjector;import java.lang.Object;
import java.lang.Override;public class MainActivity_ViewBinding implements IViewInjector<MainActivity> {@Overridepublic void inject(MainActivity target, Object source) {if (source instanceof android.app.Activity) {target.textView2 = ((android.app.Activity) source).findViewById(2131230920);} else {target.textView2 = ((android.view.View) source).findViewById(2131230920);};if (source instanceof android.app.Activity) {target.recyclerView = ((android.app.Activity) source).findViewById(2131230849);} else {target.recyclerView = ((android.view.View) source).findViewById(2131230849);};if (source instanceof android.app.Activity) {target.textView = ((android.app.Activity) source).findViewById(2131230919);} else {target.textView = ((android.view.View) source).findViewById(2131230919);};}
}

注意：这里只是以MainActivity的代理类，实际上每个用到注解的类都会生成一个类似的代理类。

到这一步就会为每一个使用注解的类生成对应的代理类，生成的代理类路径如下，

步骤三：封装一个供外部调用的API

我们知道在processor中已经生成了处理注解逻辑的代理类，那接下来就是调用了。首先我们要知道代理类是在编译器动态生成的，而且会有多个，所以我们只能通过反射找到这个类，然后调用它的方法

/*** 根据使用注解的类和约定的命名规则，通过反射找到动态生成的代理类（处理注解逻辑）* @param object 调用类对象*/private static IViewInjector findProxyActivity(Object object) {String proxyClassName = object.getClass().getName() + PROXY;Log.e(TAG, "findProxyActivity: "+proxyClassName);Class<?> proxyClass = null;try {proxyClass = Class.forName(proxyClassName);
//            Constructor<?> constructor = proxyClass.getConstructor(object.getClass());return (IViewInjector) proxyClass.newInstance();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return null;}

我们都知道在使用findViewById()的时候分为2种情况，在Activity中可以直接使用；而在Fragment、Adapter中则是view. findViewById()，所以在下面的接口方法中多设计了一个Object参数，如果是Activity传入它本身；如果是Fragment、Adapter则传入View，

public interface IViewInjector<T> {/*** 通过source.findViewById()** @param target 泛型参数，调用类 activity、fragment等* @param source Activity、View*/void inject(T target, Object source);
}

最后提供2个供外部activity、fragment等调用的方法，

 /*** Activity调用*/public static void bind(Activity activity) {findProxyActivity(activity).inject(activity, activity);}/*** Fragment、Adapter调用** @param object* @param view*/public static void bind(Object object, View view) {findProxyActivity(object).inject(object, view);}

而运行时的入口为，

public class MainActivity extends AppCompatActivity {@BindView(R.id.tv1)TextView textView;@BindView(R.id.tv2)TextView textView2;@BindView(R.id.rv)RecyclerView recyclerView;@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);setContentView(R.layout.activity_main);//运行时入口ButterKnife.bind(this);textView2.setText("this is Activity  compile annotation");addFragment();initRv();}

而ButterKnife.java的代码如下，

package com.zx.inject_api;import android.app.Activity;
import android.util.Log;
import android.view.View;/*** @author 周旭* @company 伊柯夫* @e-mail 374952705@qq.com* @time 2019/11/18* @descripe*/public class ButterKnife {private static final String TAG = "ButterKnife";public static final String PROXY = "_ViewBinding";/*** Activity调用*/public static void bind(Activity activity) {findProxyActivity(activity).inject(activity, activity);}/*** Fragment、Adapter调用** @param object* @param view*/public static void bind(Object object, View view) {//先找到对应的类，再调用对应的接口，和我们平时写代码无异，只是类时编译时生成的findProxyActivity(object).inject(object, view);}/*** 根据使用注解的类和约定的命名规则，通过反射找到动态生成的代理类（处理注解逻辑）** @param object 调用类对象*/private static IViewInjector findProxyActivity(Object object) {String proxyClassName = object.getClass().getName() + PROXY;Log.e(TAG, "findProxyActivity: " + proxyClassName);Class<?> proxyClass = null;try {proxyClass = Class.forName(proxyClassName);
//            Constructor<?> constructor = proxyClass.getConstructor(object.getClass());return (IViewInjector) proxyClass.newInstance();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return null;}
}

通过上面注解，调用到注解生成的文件MainActivity_ViewBinding.java中，内容如下，

// auto generateProxyClass code,can not modify
package com.zx.compileannotation;import com.zx.inject_api.IViewInjector;
import java.lang.Object;
import java.lang.Override;public class MainActivity_ViewBinding implements IViewInjector<MainActivity> {@Overridepublic void inject(MainActivity target, Object source) {if (source instanceof android.app.Activity){target.textView2 = ((android.app.Activity) source).findViewById( 2131230920);}else{target.textView2 = ((android.view.View)source).findViewById(2131230920);};if (source instanceof android.app.Activity){target.recyclerView = ((android.app.Activity) source).findViewById( 2131230849);}else{target.recyclerView = ((android.view.View)source).findViewById(2131230849);};if (source instanceof android.app.Activity){target.textView = ((android.app.Activity) source).findViewById( 2131230919);}else{target.textView = ((android.view.View)source).findViewById(2131230919);};}
}

代码就是刚process()写进入的，

    /*** 通过javapoet API生成代理类* @return*/public TypeSpec generateProxyClass() {//代理类实现的接口ClassName viewInjector = ClassName.get("com.zx.inject_api", "IViewInjector");//类
//        ClassName className = ClassName.bestGuess(simpleClassName);ClassName className = ClassName.get(typeElement);// 类型变量
//        TypeVariableName tTypeVariable = TypeVariableName.get("T");//  泛型接口，implements IViewInjector<MainActivity>ParameterizedTypeName parameterizedTypeName = ParameterizedTypeName.get(viewInjector, className);//生成构造方法MethodSpec.Builder constructorBuilder = MethodSpec.constructorBuilder().addModifiers(Modifier.PUBLIC).addParameter(className, "target").addStatement("this.target = target");//生成接口的实现方法inject()MethodSpec.Builder bindBuilder = MethodSpec.methodBuilder("inject").addModifiers(Modifier.PUBLIC).addAnnotation(Override.class) //添加方法注解.addParameter(className, "target").addParameter(Object.class, "source");for (int id : viewVariableElement.keySet()) {VariableElement element = viewVariableElement.get(id);String fieldName = element.getSimpleName().toString();bindBuilder.addStatement(" if (source instanceof android.app.Activity){target.$L = ((android.app.Activity) source).findViewById( $L);}" +"else{target.$L = ((android.view.View)source).findViewById($L);}", fieldName, id, fieldName, id);}MethodSpec bindMethodSpec = bindBuilder.build();
//        MethodSpec constructorMethodSpec = constructorBuilder.build();//创建类TypeSpec typeSpec = TypeSpec.classBuilder(proxyClassName).addModifiers(Modifier.PUBLIC).addSuperinterface(parameterizedTypeName) //实现接口
//                .addTypeVariable(tTypeVariable)
//                .addMethod(constructorMethodSpec).addMethod(bindMethodSpec) //添加类中的方法
//                .addField(className, "target", Modifier.PRIVATE).build();return typeSpec;}

本质就是运行时调用编译时生成的文件，而编译生成的文件是通过 

@AutoService(Processor.class)

的技术来实现的。

完毕

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