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

JAVA 智菲尔 26676℃ 0评论

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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(4)个小伙伴在吐槽
  1. getSupportedOptions()方法:的代码复制错了
    不是大哥2016-01-12 22:25 回复
    • 谢谢提醒,已经修改!
      智菲尔2017-04-22 08:29 回复