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Android开发中如何利用 APT 技术在编译期生成代码

程序员文章站 2022-04-18 22:34:23
APT(Annotation Processing Tool的简称)，可以在代码编译期解析注解，并且生成新的 Java 文件，减少手动的代码输入。现在有很多主流库都用上了 APT，...

APT(Annotation Processing Tool的简称)，可以在代码编译期解析注解，并且生成新的 Java 文件，减少手动的代码输入。现在有很多主流库都用上了 APT，比如 Dagger2, ButterKnife, EventBus3 等。

下面通过一个简单的 View 注入项目ViewFinder来介绍 APT 相关内容，简单实现了类似于ButterKnife中的两种注解@BindView和@OnClick。

项目地址：https://github.com/suyimin/ViewFinder

大概项目结构如下：

viewFinder-annotation- 注解相关模块

viewFinder-compiler- 注解处理器模块

viewfinder- API 相关模块

sample- 示例 Demo 模块

实现目标

在通常的 Android 项目中，会写大量的界面，那么就会经常重复地写一些代码，比如：

TextView text = (TextView) findViewById(R.id.tv);
text.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
    @Override
    public void onClick(View view) {
        // on click
    }
});

天天写这么冗长又无脑的代码，还能不能愉快地玩耍啦。所以，我打算通过ViewFinder这个项目替代这重复的工作，只需要简单地标注上注解即可。通过控件 id 进行注解，并且@OnClick可以对多个控件注解同一个方法。就像下面这样子咯：

@BindView(R.id.tv) TextView mTextView;
@OnClick({R.id.tv, R.id.btn})
public void onSomethingClick() {
    // on click
}

定义注解

创建 moduleviewFinder-annotation，类型为 Java Library，定义项目所需要的注解。

在ViewFinder中需要两个注解@BindView和@OnClick。实现如下：

@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
@Target(ElementType.FIELD)
public @interface BindView { 
int value();
}
@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface OnClick {
int[] value();
}

@BindView需要对成员变量进行注解，并且接收一个 int 类型的参数；@OnClick需要对方法进行注解，接收一组 int 类型参数，相当于给一组 View 指定点击响应事件。

编写 API

创建 moduleviewfinder，类型为 Android Library。在这个 module 中去定义 API，也就是去确定让别人如何来使用我们这个项目。

首先需要一个 API 主入口，提供静态方法直接调用，就比如这样：

ViewFinder.inject(this);

同时，需要为不同的目标（比如 Activity、Fragment 和 View 等）提供重载的注入方法，最终都调用inject()方法。其中有三个参数：

host表示注解 View 变量所在的类，也就是注解类

source表示查找 View 的地方，Activity & View 自身就可以查找，Fragment 需要在自己的 itemView 中查找

provider是一个接口，定义了不同对象（比如 Activity、View 等）如何去查找目标 View，项目中分别为 Activity、View 实现了Provider接口。

public class ViewFinder {
private static final ActivityProvider PROVIDER_ACTIVITY = new ActivityProvider();
private static final ViewProvider PROVIDER_VIEW = new ViewProvider();   

public static void inject(Activity activity) {      
    inject(activity, activity, PROVIDER_ACTIVITY);    
}

public static void inject(View view) {
    // for view
    inject(view, view);
}

public static void inject(Object host, View view) {
    // for fragment
    inject(host, view, PROVIDER_VIEW);
}

public static void inject(Object host, Object source, Provider provider) {
    // how to implement 
}
}

那么inject()方法中都写一些什么呢？

首先我们需要一个接口Finder，然后为每一个注解类都生成一个对应的内部类并且实现这个接口，然后实现具体的注入逻辑。在inject()方法中首先找到调用者对应的Finder实现类，然后调用其内部的具体逻辑来达到注入的目的。

接口Finder设计如下 ：

public interface Finder {
    void inject(T host, Object source, Provider provider);
}
举个例子，为MainActivity生成MainActivity$$Finder，对其注解的 View 进行初始化和设置点击事件，这就跟我们平常所写的重复代码基本相同。 
public class MainActivity$$Finder implements Finder {  
@Override
public void inject(final MainActivity host, Object source, Provider provider) {
host.mTextView = (TextView) (provider.findView(source, 2131427414));
host.mButton = (Button) (provider.findView(source, 2131427413));
host.mEditText = (EditText) (provider.findView(source, 2131427412));
View.OnClickListener listener;
listener = new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View view) {
    host.onButtonClick();
}
};

provider.findView(source, 2131427413).setOnClickListener(listener);
listener = new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View view) {
    host.onTextClick();
}
};

provider.findView(source, 2131427414).setOnClickListener(listener);
}
}

好了，所有注解类都有了一个名为xx$$Finder的内部类。我们首先通过注解类的类名，得到其对应内部类的 Class 对象，然后实例化拿到具体对象，调用注入方法。

public class ViewFinder {
// same as above
private static final Map FINDER_MAP = new HashMap<>();
public static void inject(Object host, Object source, Provider provider) {
String className = host.getClass().getName();
try {
    Finder finder = FINDER_MAP.get(className);
    if (finder == null) {
        Class finderClass = Class.forName(className + "$$Finder");
        finder = (Finder) finderClass.newInstance();
        FINDER_MAP.put(className, finder);
    }
    finder.inject(host, source, provider);
} catch (Exception e) {
    throw new RuntimeException("Unable to inject for " + className, e);
}
}
}

另外代码中使用到了一点反射，所以为了提高效率，避免每次注入的时候都去找Finder对象，这里用一个 Map 将第一次找到的对象缓存起来，后面用的时候直接从Map 里面取。

到此，API 模块的设计基本搞定了，接下来就是去通过注解处理器为每一个注解类生成Finder内部类。

创建注解处理器

创建 moduleviewFinder-compiler，类型为 Java Library，实现一个注解处理器。

这个模块需要添加一些依赖：

compileproject(':viewfinder-annotation')

compile'com.squareup:javapoet:1.7.0'

compile'com.google.auto.service:auto-service:1.0-rc2'

因为要用到前面定义的注解，当然要依赖viewFinder-annotation。

javapoet是方块公司出的又一个好用的库，提供了各种 API 让你用各种姿势去生成 Java 代码文件，避免了徒手拼接字符串的尴尬。

auto-service是 Google 的库，主要用于注解Processor，对其生成META-INF配置信息。

下面就来创建我们的处理器ViewFinderProcessor。

@AutoService(Processor.class)
public class ViewFinderProcesser extends AbstractProcessor {
    /**
    * 使用 Google 的 auto-service 库可以自动生成 META-INF/services/javax.annotation.processing.Processor 文件
    */
    private Filer mFiler; //文件相关的辅助类
    private Elements mElementUtils; //元素相关的辅助类
    private Messager mMessager; //日志相关的辅助类
    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv) {
        super.init(processingEnv);
        mFiler = processingEnv.getFiler();
        mElementUtils = processingEnv.getElementUtils();
        mMessager = processingEnv.getMessager();
    }
    /**
    * @return 指定哪些注解应该被注解处理器注册
    */
    @Override
    public Set getSupportedAnnotationTypes() {
        Set types = new LinkedHashSet<>();
        types.add(BindView.class.getCanonicalName());
        types.add(OnClick.class.getCanonicalName());
        return types;
    }
    /**
    * @return 指定使用的 Java 版本。通常返回 SourceVersion.latestSupported()。
    */
    @Override
    public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {
        return SourceVersion.latestSupported();
    }
    @Override
    public boolean process(Set annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
        // to process annotations
        return false;
    }
}

用@AutoService来注解这个处理器，可以自动生成配置信息。

在init()可以初始化拿到一些实用的工具类。

在getSupportedAnnotationTypes()方法中返回所要处理的注解的集合。

在getSupportedSourceVersion()方法中返回 Java 版本。

这几个方法写法基本上都是固定的，重头戏在process()方法。

这里插播一下Element元素相关概念，后面会用到不少。

Element元素，源代码中的每一部分都是一个特定的元素类型，分别代表了包、类、方法等等，具体看 Demo。

packagecom.example;
publicclassFoo{// TypeElement
privateinta;// VariableElement
privateFooother;// VariableElement
publicFoo(){}// ExecuteableElement
publicvoidsetA(// ExecuteableElement
intnewA// TypeElement
){
}
}

这些Element元素，相当于 XML 中的 DOM 树，可以通过一个元素去访问它的父元素或者子元素。

element.getEnclosingElement();// 获取父元素

element.getEnclosedElements();// 获取子元素

注解处理器的整个处理过程跟普通的 Java 程序没什么区别，我们可以使用面向对象的思想和设计模式，将相关逻辑封装到 model 中，使得流程更清晰简洁。分别将注解的成员变量、点击方法和整个注解类封装成不同的 model。

 

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 fields can be annotated with @%s", BindView.class.getSimpleName()));
        }
        mFieldElement = (VariableElement) element;
        BindView bindView = mFieldElement.getAnnotation(BindView.class);
        mResId = bindView.value();
    }
    // some getter methods
}

主要就是在初始化时校验了一下元素类型，然后获取注解的值，在提供几个 get 方法。OnClickMethod封装类似。

public class AnnotatedClass {
public TypeElement mClassElement;
public List mFields;
public List mMethods;
public Elements mElementUtils;
// omit some easy methods
public JavaFile generateFinder() {
// method inject(final T host, Object source, Provider provider)
MethodSpec.Builder injectMethodBuilder = MethodSpec.methodBuilder("inject")
.addModifiers(Modifier.PUBLIC)
.addAnnotation(Override.class)
.addParameter(TypeName.get(mClassElement.asType()), "host", Modifier.FINAL)
.addParameter(TypeName.OBJECT, "source")
.addParameter(TypeUtil.PROVIDER, "provider");
for (BindViewField field : mFields) {
// find views
injectMethodBuilder.addStatement("host.$N = ($T)(provider.findView(source, $L))", field.getFieldName(),
ClassName.get(field.getFieldType()), field.getResId());
}
if (mMethods.size() > 0) {
injectMethodBuilder.addStatement("$T listener", TypeUtil.ANDROID_ON_CLICK_LISTENER);
}
for (OnClickMethod method : mMethods) {
// declare OnClickListener anonymous class
TypeSpec listener = TypeSpec.anonymousClassBuilder("")
.addSuperinterface(TypeUtil.ANDROID_ON_CLICK_LISTENER)
.addMethod(MethodSpec.methodBuilder("onClick")
.addAnnotation(Override.class)
.addModifiers(Modifier.PUBLIC)
.returns(TypeName.VOID)
.addParameter(TypeUtil.ANDROID_VIEW, "view")
.addStatement("host.$N()", method.getMethodName())
.build())
.build();
injectMethodBuilder.addStatement("listener = $L ", listener);
for (int id : method.ids) {
// set listeners
injectMethodBuilder.addStatement("provider.findView(source, $L).setOnClickListener(listener)", id);
}
}
// generate whole class
TypeSpec finderClass = TypeSpec.classBuilder(mClassElement.getSimpleName() + "$$Finder")
.addModifiers(Modifier.PUBLIC)
.addSuperinterface(ParameterizedTypeName.get(TypeUtil.FINDER, TypeName.get(mClassElement.asType())))
.addMethod(injectMethodBuilder.build())
.build();
String packageName = mElementUtils.getPackageOf(mClassElement).getQualifiedName().toString();
// generate file
return JavaFile.builder(packageName, finderClass).build();
}
}

AnnotatedClass表示一个注解类，里面放了两个列表，分别装着注解的成员变量和方法。在generateFinder()方法中，按照上一节设计的模板，利用JavaPoet的 API 生成代码。这部分没啥特别的姿势，照着JavaPoet 文档来就好了，文档写得很细致。

 

有很多地方需要用到对象的类型，普通类型可以用

 

ClassName get(String packageName, String simpleName, String... simpleNames)

 

传入包名、类名、内部类名，就可以拿到想要的类型了（可以参考 项目中TypeUtil类）。

 

用到泛型的话，可以用

 

ParameterizedTypeName get(ClassName rawType, TypeName... typeArguments)

 

传入具体类和泛型类型就好了。

 

这些 model 都确定好了之后，process()方法就很清爽啦。使用RoundEnvironment参数来查询被特定注解标注的元素，然后解析成具体的 model，最后生成代码输出到文件中。

@AutoService(Processor.class)
public class ViewFinderProcesser extends AbstractProcessor {
private Map mAnnotatedClassMap = new HashMap<>();
@Override
public boolean process(Set annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
// process() will be called several times
mAnnotatedClassMap.clear();
try {
processBindView(roundEnv);
processOnClick(roundEnv);
} catch (IllegalArgumentException e) {
error(e.getMessage());
return true; // stop process
}
for (AnnotatedClass annotatedClass : mAnnotatedClassMap.values()) {
try {
info("Generating file for %s", annotatedClass.getFullClassName());
annotatedClass.generateFinder().writeTo(mFiler);
} catch (IOException e) {
error("Generate file failed, reason: %s", e.getMessage());
return true;
}
}
return true;
}
private void processBindView(RoundEnvironment roundEnv) throws IllegalArgumentException {
for (Element element : roundEnv.getElementsAnnotatedWith(BindView.class)) {
AnnotatedClass annotatedClass = getAnnotatedClass(element);
BindViewField field = new BindViewField(element);
annotatedClass.addField(field);
}
}
private void processOnClick(RoundEnvironment roundEnv) {
// same as processBindView()
}
private AnnotatedClass getAnnotatedClass(Element element) {
TypeElement classElement = (TypeElement) element.getEnclosingElement();
String fullClassName = classElement.getQualifiedName().toString();
AnnotatedClass annotatedClass = mAnnotatedClassMap.get(fullClassName);
if (annotatedClass == null) {
annotatedClass = new AnnotatedClass(classElement, mElementUtils);
mAnnotatedClassMap.put(fullClassName, annotatedClass);
}
return annotatedClass;
}
}

首先解析注解元素，并放到对应的注解类对象中，最后调用方法生成文件。model 的代码中还会加入一些校验代码，来判断注解元素是否合理，数据是否正常，然后抛出异常，处理器接收到之后可以打印出错误提示，然后直接返回true来结束处理。

 

至此，注解处理器也基本完成了，具体细节参考项目代码。

 

实际项目使用

 

创建 modulesample，普通的 Android module，来演示ViewFinder的使用。

 

在整个项目下的build.gradle中添加

 

classpath 'com.neenbedankt.gradle.plugins:android-apt:1.8'

 

然后在samplemodule 下的build.gradle中添加

 

apply plugin: 'com.neenbedankt.android-apt'

 

同时添加依赖：

 

compileproject(':viewfinder-annotation')

compileproject(':viewfinder')

aptproject(':viewfinder-compiler')

然后随便创建个布局，随便添加几个控件，就能体验注解啦。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
@BindView(R.id.tv) TextView mTextView;
@BindView(R.id.btn) Button mButton;
@BindView(R.id.et) EditText mEditText;
@OnClick(R.id.btn)
public void onButtonClick() {
Toast.makeText(this, "onButtonClick", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
@OnClick(R.id.tv)
public void onTextClick() {
Toast.makeText(this, "onTextClick", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
ViewFinder.inject(this);
}
}

这个时候 build 一下项目，就能看到生成的MainActivity$$Finder类了，再运行项目就跑起来了。每次改变注解之后，build 一下项目就好啦。

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