Java注解(3)-注解处理器（编译期|RetentionPolicy.SOURCE）

注解的处理除了可以在运行时通过反射机制处理外，还可以在编译期进行处理。在编译期处理注解时，会处理到不再产生新的源文件为止，之后再对所有源文件进行编译。

Java5中提供了apt工具来进行编译期的注解处理。apt是命令行工具，与之配套的是一套描述“程序在编译时刻的静态结构”的API：Mirror API（com.sun.mirror.*）。通过Mirror API可以获取到被注解的Java类型元素的信息，从而提供自定义的处理逻辑。具体的处理工具交给apt来处理。编写注解处理器的核心是两个类：注解处理器（com.sun.mirror.apt.AnnotationProcessor）、注解处理器工厂（com.sun.mirror.apt.AnnotationProcessorFactory）。apt工具在完成注解处理后，会自动调用javac来编译处理完成后的源代码。然而，apt工具是oracle提供的私有实现（在JDK开发包的类库中是不存在的）。在 Java8中，已经移除了 APT 工具；在JDK6中，将注解处理器这一功能进行了规范化，形成了java.annotation.processing的API包，Mirror API则进行封装，形成javax.lang.model包。注解处理器的开发进行了简化，不再单独使用apt工具，而将此功能集成到了javac命令中。（当前开发使用的JDK版本一般都在6以上，故对apt工具不做研究）。

编译期注解处理器

通过一个示例程序来解释编译期注解处理器的使用（javac工具来处理）。

使用注解处理器将给定的java源文件生成对应的接口文件，仅对类中的公共方法抽象成接口中的方法。

2.1、定义注解@GenerateInterface

import java.lang.annotation.ElementType;

import java.lang.annotation.Retention;

import java.lang.annotation.RetentionPolicy;

import java.lang.annotation.Target;

@Target(ElementType.TYPE)//注解使用目标为类

@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)//注解保留范围为源代码

public @interface GenerateInterface {

  String suffix() default "Interface";//生成对应接口的后缀名

}

定义注解的保留范围为源代码级别，仅包含一个注解元素suffix()，表名生成接口的后缀名。

2.2、编写测试Java类

2.2.1、编写测试类Teacher：

//老师类

@GenerateInterface(suffix="IntSuffix")

public class Teacher {

  //教书

  private void teach(){

    System.out.println("teach...");

  }

  //行走

  public void walk(){

    System.out.println("walking");

 }

}

类Teacher标注上了注解@GenerateInterface，指定生成接口的后缀名为”IntSuffix”。按照预期，生成的接口的名称应为TeacherIntSuffix。

2.2.2、编写测试类Doctor

public class Doctor {

  //诊断

  private void diagnose(){

    System.out.println("diagnose...");

  }

  //行走

  public void walk(){

    System.out.println("walking");

  }

}

类Doctor未使用注解，注解处理器将不会为该类生成对应的接口文件。

2.3、编写注解处理器

JDK6中提供的注解处理工具框架的主要类包为javax.annotation.processing。处理器的核心接口为：javax.annotation.processing.Processor，还提供了一个此接口的实现类：javax.annotation.processing.AbstractProcessor。处理接口提供了一个核心处理方法process()，用于开发者实现自己的处理逻辑（用于处理先前round中产生的注解）。

public abstract boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations

    , RoundEnvironment roundEnv);

process()方法有一个boolean类型的返回值，若返回false，表示本轮注解未声明并且可能要求后续其它的Processor处理它们；若返回true，则代表这些注解已经声明并且不要求后续Processor来处理它们。

2.3.1、AbstractProcessor虚拟类

AbstractProcessor主要实现了Processor接口的主要方法：

  • init(ProcessingEnvironment processingEnv)方法：使用处理环境类初始化Processor类，将ProcessingEnvironment环境存入成员变量processingEnv中，可供子类使用。实现如下：

    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv) {

      if (initialized)

        throw new IllegalStateException("Cannot call init more than once.");

      if (processingEnv == null)

        throw new NullPointerException("Tool provided null ProcessingEnvironment");

      this.processingEnv = processingEnv;

      initialized = true;

    }
  • getSupportedOptions()方法：获取通过注解@SupportedOptions设置的可支持的输入选项值（-A参数），具体实现如下：

    public Set<String> getSupportedOptions() {

      SupportedOptions so = this.getClass().getAnnotation(SupportedOptions.class);

      if (so == null)

        return Collections.emptySet();

      else

        return arrayToSet(so.value());

    }
  • getSupportedAnnotationTypes()方法：指定注解处理器可解析的注解类型，结果元素可能是某一受支持注释类型的规范（完全限定）名称。它也可能是 “name.*” 形式的名称，表示所有以 “name.” 开头的规范名称的注释类型集合。最后，”*” 自身表示所有注释类型的集合，包括空集。注意，Processor 不应声明 “*”，除非它实际处理了所有文件；声明不必要的注释可能导致在某些环境中的性能下降。具体实现如下：

    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {

        SupportedAnnotationTypes sat = this.getClass()

            .getAnnotation(SupportedAnnotationTypes.class);

        if (sat == null) {

            if (isInitialized())

                processingEnv.getMessager().printMessage(Diagnostic.Kind.WARNING,

                    "No SupportedAnnotationTypes annotation " + "found on "

                    + this.getClass().getName() +

                    ", returning an empty set.");

            return Collections.emptySet();

        }

        else

            return arrayToSet(sat.value());

    }
  • getSupportedSourceVersion()方法：指定该注解处理器支持的最新的源版本，默认为版本6。具体实现如下：

    public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {

      SupportedSourceVersion ssv = this.getClass().getAnnotation(SupportedSourceVersion.class);

      SourceVersion sv = null;

      if (ssv == null) {

        sv = SourceVersion.RELEASE_6;

        if (isInitialized())

            processingEnv.getMessager().printMessage(Diagnostic.Kind.WARNING,

                                                     "No SupportedSourceVersion annotation " +

                                                     "found on " + this.getClass().getName() +

                                                     ", returning " + sv + ".");

      } else

        sv = ssv.value();

      return sv;

    }

2.3.2、Filer接口

完全类名：javax.annotation.processing.Filer，注解处理器可用此创建新文件（源文件、类文件、辅助资源文件）。由此方法创建的源文件和类文件将由管理它们的工具（javac）处理。

2.3.3、Messager接口

完全类名：javax.annotation.processing.Messager，注解处理器用此来报告错误消息、警告和其他通知的方式。可以为它的方法传递元素、注解、注解值，以提供消息的位置提示，不过，这类位置提示可能是不可用的，或者只是一个大概的提示。打印错误种类的日志将会产生一个错误。

注意：打印消息可能会出现在System.out、System.out中，也可能不是。也可以选择在窗口中显示消息。

2.3.4、自定义注解处理类CreateInterfaceProcessor

编写真正的注解处理程序CreateInterfaceProcessor，为了演示用，尽量保持处理逻辑的简单性，在此处忽略方法的返回类型和参数的判断，以下具体逻辑：

  1. 循环每一个需要编译处理的类（即Teacher、Doctor），找出有注解@GenerateInterface标识的类（即Teacher）。
  2. 找到Teacher类中所有的public方法。
  3. 根据类名和方法名，使用Filer对象生成源码类。

具体代码实现如下：

import java.io.IOException;

import java.io.Writer;

import java.util.List;

import java.util.Set;

import javax.annotation.processing.AbstractProcessor;

import javax.annotation.processing.Filer;

import javax.annotation.processing.Messager;

import javax.annotation.processing.ProcessingEnvironment;

import javax.annotation.processing.RoundEnvironment;

import javax.annotation.processing.SupportedAnnotationTypes;

import javax.annotation.processing.SupportedSourceVersion;

import javax.lang.model.SourceVersion;

import javax.lang.model.element.Element;

import javax.lang.model.element.Modifier;

import javax.lang.model.element.TypeElement;

import javax.lang.model.type.ExecutableType;

import javax.tools.Diagnostic.Kind;

import javax.tools.JavaFileObject;

import com.zenfery.example.annotation.GenerateInterface;

//生成接口的处理类 ，在此不考虑方法的参数及返回类型(为了演示简单)

@SupportedAnnotationTypes("com.zenfery.example.annotation.GenerateInterface")

//@SupportedOptions({"name"})

@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_6)

public class CreateInterfaceProcessor extends AbstractProcessor{

  private Filer filer;

  private Messager messager;

  private int r = 1;//轮循次数

  @Override

  public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv) {

    super.init(processingEnv);

    //初始化Filer和Messager

    this.filer = processingEnv.getFiler();

    this.messager = processingEnv.getMessager();

  }

  @Override

  public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {

    messager.printMessage(Kind.NOTE, "process() is execute...");

    //获取所有编译类元素，并打印，测试用

    Set<? extends Element> elements = roundEnv.getRootElements();

    System.out.println("输入的所有类有：");

    for(Element e: elements){

      System.out.println(">>> "+e.getSimpleName());

    }

    //获取使用了注解@GenerateInterface的类元素

    System.out.println("需要生成相应接口的类有：");

    Set<? extends Element> genElements = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(GenerateInterface.class);

    for(Element e: genElements){

      System.out.println(">>> "+e.getSimpleName());

      GenerateInterface gi = e.getAnnotation(GenerateInterface.class);

      String className = e.getSimpleName()+gi.suffix();

      String classString = "package com.zenfery.example.annotation.bean;\n"

        +"public interface "+className+" {\n";

      //获取所有的方法元素

      List<? extends Element> genElementAlls = e.getEnclosedElements();

      System.out.println(">>>> 类"+e.getSimpleName()+"封装元素(仅对修饰符有public的生成接口方法):");

      for(Element e1 : genElementAlls){

        System.out.println(">>> >>> "+e1.getSimpleName()+" 修饰符："+e1.getModifiers());

        if(!e1.getSimpleName().toString().equals("<init>") && e1.asType() instanceof ExecutableType && isPublic(e1)){

          System.out.println(">>> >>> >>> "+e1.getSimpleName());

          classString += " void "+e1.getSimpleName()+"();\n";

        }

      }

      classString+="}";

      //System.out.println(classString);

      try {

        JavaFileObject jfo = filer.createSourceFile("com.zenfery.example.annotation.bean."+className, e);

        Writer writer = jfo.openWriter();

        writer.flush();

        writer.append(classString);

        writer.flush();

        writer.close();

      } catch (IOException ex) {

        ex.printStackTrace();

      }

    }

    System.out.println("-------------------注解处理器第"+(r++)+"次循环处理结束...\n");

    return true;

  }

  //判断元素是否为public

  public boolean isPublic(Element e){

    //获取元素的修饰符Modifier,注意此处的Modifier

    //非java.lang.reflect.Modifier

    Set<Modifier> modifiers = e.getModifiers();

    for(Modifier m: modifiers){

      if(m.equals(Modifier.PUBLIC)) return true;

    }

    return false;

  }

}

2.4、执行注解处理器

注解处理器编写完成后，需要使用java提供的工具javac来执行才能真正的起作用。下面介绍一下javac工具相关注解的选项。

2.4.1、javac对注解处理支持

用法：javac <选项> <源文件>

其中，注解可能乃至选项包括：

-cp <路径> 指定查找用户类文件和注释处理程序的位置。

-proc:{none,only} 控制是否执行注释处理和/或编译。-proc:none表示编译期不执行注解处理器； -proc:only表示只执行注解处理器，不进行任何注解之后的编译。

-processor <class1>[,<class2>,<class3>…]要运行的注释处理程序的名称；绕过默认的搜索进程。

-processorpath <路径>        指定查找注释处理程序的位置。如果未指定，将使用-cp指定的路径。

-d <目录> 指定存放生成的类文件的位置。

-s <目录> 指定存放生成的源文件的位置。

-Akey[=value] 传递给注释处理程序的选项。

2.4.2、执行编译

命令的执行目录为工程的根目录。执行前的目录结构：

$ tree src/ classes/

src/

`-- com

    `-- zenfery

        `-- example

            `-- annotation

                |-- bean

                |   |-- Doctor.java

                |   `-- Teacher.java

                |-- GenerateInterface.java

                `-- proc

                    `-- CreateInterfaceProcessor.java

classes/

编译注解处理器及注解程序。

命令：$ javac -d classes/ src/com/zenfery/example/annotation/proc/*.java src/com/zenfery/example/annotation/*.java

执行命令，生成GenerateInterface.class、CreateInterfaceProcessor.class，此时的目录结构如下：

$ tree src/ classes/

 src/

 `-- com

     `-- zenfery

         `-- example

             `-- annotation

                 |-- bean

                 |   |-- Doctor.java

                 |   `-- Teacher.java

                 |-- GenerateInterface.java

                 `-- proc

                     `-- CreateInterfaceProcessor.java

 classes/

 `-- com

     `-- zenfery

         `-- example

             `-- annotation

                 |-- GenerateInterface.class

                 `-- proc

                     `-- CreateInterfaceProcessor.class

执行注解处理器。命令：$ javac -cp classes/ -processor com.zenfery.example.annotation.proc.CreateInterfaceProcessor -d classes/ -s src/ src/com/zenfery/example/annotation/bean/*.java

标准输出日志：

注意：process() is execute...

输入的所有类有：

>>> Doctor

>>> Teacher

需要生成相应接口的类有：

>>> Teacher

>>> 类Teacher封装元素(仅对修饰符有public的生成接口方法):

>>> >>> >>> 修饰符：[public]

>>> >>> teach 修饰符：[private]

 >>> >>> walk 修饰符：[public]

 >>> >>> >>> walk

-------------------注解处理器第1次循环处理结束...

注意：process() is execute...

输入的所有类有：

>>> TeacherIntSuffix

需要生成相应接口的类有：

-------------------注解处理器第2次循环处理结束...

注意：process() is execute...

输入的所有类有：

 需要生成相应接口的类有：

-------------------注解处理器第3次循环处理结束...

可以看出，注解处理器循环执行了三次。第一次，对Teacher和Doctor类进行处理，并生成Teacher类对应的接口类TeacherIntSuffix；第二次，对第一次生成的类TeacherIntSuffix再做处理，这一次将不再产生新的类。第三次，未能发现新生成的类，执行结束。

此时目录结构如下：

$ tree src/ classes/

src/

`-- com

    `-- zenfery

        `-- example

            `-- annotation

                |-- bean

                |   |-- Doctor.java

                |   |-- Teacher.java

                |   `-- TeacherIntSuffix.java

                |-- GenerateInterface.java

                `-- proc

                    `-- CreateInterfaceProcessor.java

classes/

`-- com

    `-- zenfery

        `-- example

            `-- annotation

                |-- bean

                |   |-- Doctor.class

                |   |-- Teacher.class

                |   `-- TeacherIntSuffix.class

                |-- GenerateInterface.class

                `-- proc

                    `-- CreateInterfaceProcessor.class

生成了TeacherIntSuffix.java类，并进行了编译生成了TeacherIntSuffix.class。TeacherIntSuffix.java类如下：

package com.zenfery.example.annotation.bean;

public interface TeacherIntSuffix {

  void walk();

}

后记：本节内容，在日常应用中使用的概率非常小，仅供理解。

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时间： 2024-08-02 02:49:46

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