android-notes/blogs/Android/APT.md

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APT
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#### 目录

1. 思维导图
2. 概述
3. 实现原理
4. APT
   - Processor
     - init
     - getSupportedAnnotationTypes
     - getSupportedSourceVersion
     - process
   - Element
     - TypeElement
     - ExecutableElement
     - VariableElement
   - RoundEnvironment
     - getElementsAnnotatedWith(BindView.class)
5. AutoService
6. JavaPoet
7. ButterKnife 的实现
   - APT
   - AutoService
   - JavaPoet
8. 参考

#### 思维导图

![](https://i.loli.net/2019/01/29/5c5015c40825d.png)

#### 概述

APT 即注解处理器，它有三个主要用途：一是定义编译规则，并检查被编译的源文件；二是修改已有的源代码；三是生成新的源代码；其中，第二种涉及了 Java 编译器的内部 API，可以会存在兼容性问题，所以并不推荐，第三种较为常见。

这节用 APT、JavaPoet、AutoService 实现简单的 ButterKnife，APT 负责处理编译时注解，JavaPoet 用于生成 Java 代码，AutoService 负责注册注解处理器。

#### 实现原理

在介绍注解处理器之前，我们先来了解一下 Java 编译器的工作流程。

![](https://i.loli.net/2019/01/29/5c4fe444add11.png)

如上图所示，Java 源代码的编译过程可以分为三个步骤：

1. 将源文件解析成抽象语法树
2. 调用已注册的注解处理器
3. 生成字节码

如果在第二步调用注解处理器过程中生成了新的源文件，那么编译器将重复第一二步骤，解析并处理新生成的源文件。

所以可以这样理解，我们写的自定义注解处理器是给编译器写的，让它按照我们的逻辑来处理注解，所以也得向编译器注册注解处理器。

#### APT 注解处理器 

APT（Annotation Processing Tool）即注解处理器，是一种注解处理工具，用来在编译器扫描和处理注解，通过注解来生成 Java 文件。即以注解作为桥梁，通过预先规定好的代码生成规则来自动生成 Java 文件。此类注解框架的代表有 ButterKnife、Dagger2、EventBus 等。

Java API 已经提供了扫描源码并解析注解的框架，开发者可以通过继承 AbstractProcessor 类来实现自己的注解处理逻辑。APT 的原理是在注解了某些代码元素（如字段、函数、类等）后，在编译时编译器会检查 AbstractProcessor 的子类，并且自动调用其 process() 方法，然后将添加了指定注解的所有代码元素作为参数传递给该方法，开发者在根据注解元素在编译期输出对应的 Java 代码。

##### Processor

所有的注解处理器都需要实现接口 Processor，AbstractProcessor 也是实现了该接口，对开发者更友好。

```java
public interface Processor {

  void init(ProcessingEnvironment processingEnv);
  
  Set<String> getSupportedAnnotationTypes();
  
  SourceVersion getSupportedSourceVersion();
  
  boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv);
  
  ...
}
```

它有四个重要方法，其中 init 方法用于存放注解处理器的初始化代码，之所以不用构造器，是因为在 Java 编译器中，注解处理器的实例是通过反射 API 生成的，也正是因为使用反射 API，每个注解处理器类都需要定义一个无参构造器。

通常来说，当编写注解处理器时，我们不声明任何构造器，并依赖于 Java 编译器，而具体的初始化代码，则放入 init 方法之中。

而剩下的三个方法中，getSupportedAnnotationTypes 方法将返回注解处理器所支持的注解类型，这些注解类型只需要用字符串形式表示即可。

getSupportedSourceVersion 方法将返回该处理器所支持的 Java 版本，通常直接返回 SourceVersion.latestSupported()，而 process 方法则是最为关键的注解处理方法。

process 方法接收两个参数，分别代表该注解处理器所能处理的注解类型，以及囊括当前轮生成的抽象语法树的 RoundEnvironment。

通常我们这样使用 RoundEnvironment：

```java
for (Element element : env.getElementsAnnotatedWith(BindView.class)) {
	//todo 
}
```

这个 Element 表示一个程序元素，可以是包、类、或者方法，所有通过注解取得的元素都将以 Element 类型处理，准确来说是 Element 对象的子类处理。

Element 的子类：

- ExecutableElement 

  表示某个类或接口的方法、构造方法或初始化程序，包括注释类型元素。

  对应注解是 ElementType.METHOD 和 ElementType.CONSTRUCTOR。

- PackageElement

  表示一个包程序元素，提供对有关包及其成员的信息访问。

  对应注解是 ElementType.PACKAGE。

- TypeElement

  表示一个类或接口程序元素，提供对有关类型及其成员的信息访问。

  对应注解是 ElementType.TYPE。

  注意：枚举类型是一种类，而注解类型是一种接口。

- TypeParameterElement

  表示类、接口、方法元素的类型参数。

  对应注解是 ElementType.PARAMETER。

- VariableElement

  表示一个字段、enum 常量、方法或构造方法参数、局部变量或异常参数。

  对应注解是 ElementType.FIELD 和 ElementType.LOCAL_VARIABLE。

**不同类型的 Element 的信息获取方式不同。**

```java
@AutoService(Processor.class)
public class InfoProcessor extends AbstractProcessor {

    private Elements mElementsUtils;

    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnvironment) {
        super.init(processingEnvironment);
        mElementsUtils = processingEnvironment.getElementUtils();
    }

    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {

        //解析类上的注解
        for (Element element : roundEnvironment.getElementsAnnotatedWith(Info.class)) {
            TypeElement classElement = (TypeElement) element;
            PackageElement packageElement = (PackageElement) element.getEnclosingElement();
            //全类名
            System.out.println(classElement.getQualifiedName().toString());
            //类名
            System.out.println(classElement.getSimpleName().toString());
            //包名
            System.out.println(packageElement.getQualifiedName().toString());
            //父类名
            System.out.println(classElement.getSuperclass().toString());
        }

        //解析方法上的注解
        for (Element element : roundEnvironment.getElementsAnnotatedWith(Info.class)) {
            ExecutableElement executableElement = (ExecutableElement) element;
            TypeElement classElement = (TypeElement) executableElement.getEnclosingElement();
            PackageElement packageElement = mElementsUtils.getPackageOf(classElement);
            //全类名
            String fullClassName = classElement.getQualifiedName().toString();
            //与上面一致
            //...
            //方法名
            String methodName = executableElement.getSimpleName().toString();

            //方法参数列表
            List<? extends VariableElement> methodParameters = executableElement.getParameters();
            List<String> types = new ArrayList<>();
            for (VariableElement variableElement : methodParameters) {
                TypeMirror methodParameterType = variableElement.asType();
                if (methodParameterType != null) {
                    TypeVariable typeVariable = (TypeVariable) methodParameterType;
                    methodParameterType = typeVariable.getUpperBound();
                }
                //参数名
                String parameterName = variableElement.getSimpleName().toString();
                //参数类型
                String parameteKind = methodParameterType.toString();
                types.add(methodParameterType.toString());
            }
        }

        //解析属性上的注解
        for (Element element : roundEnvironment.getElementsAnnotatedWith(Info.class)) {
            VariableElement variableElement = (VariableElement) element;
            TypeElement classElement = (TypeElement) element.getEnclosingElement();
            PackageElement packageElement = mElementsUtils.getPackageOf(classElement);
            //类名
            String className = classElement.getSimpleName().toString();
            //与上面一致
            //...

            //类成员类型
            TypeMirror typeMirror = variableElement.asType();
            String type = typeMirror.toString();
        }
        return true;
    }
}
```

##### AbstractProcessor

实现一个注解处理器，需要继承 AbstractProcessor ，如下：

```java
public class BindViewProcessor extends AbstractProcessor {

    private Elements mElementsUtils;
    private Types mTypesUtils;
    private Filter mFilter;
    private Messager mMessager;

    /**
     * 初始化方法
     * 可以初始化一些给注解处理器使用的工具类
     */
    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnvironment) {
        super.init(processingEnvironment);
        mElementsUtils = processingEnvironment.getElementUtils();
    }

    /**
     * 指定目标注解对象
     */
    @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
        Set<String> hashSet = new HashSet<>();
        hashSet.add(BindView.class.getCanonicalName());
        return hashSet;
    }

    /**
     * 指定使用的 Java 版本
     */
    @Override
    public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {
        return SourceVersion.latestSupported();
    }

    /**
     * 处理注解
     */
    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {
		//...
        return true;
    }
}
```

对于 APT，其实主要是有很多 API 不熟悉。

Elements：用于处理程序元素的工具类；

Types：用于处理类型数据的工具类；

Filter：用于给注解处理器创建文件；

Messager：用于给注解处理器报告错误、警告、提示等信息。

#### AutoServcie 注册注解处理器

以前要注册注解处理器要在 module 的 META_INFO 目录新建 services 目录，并创建一个名为 Java.annotation.processing.Processor 的文件，然后在文件中写入要注册的注解处理器的全民。

后来 Google 推出了 AutoService 注解库来实现注册注解处理器的注册，通过在注解处理器上加上 @AutoService(Processor.class) 注解，即可在编译时生成 META_INFO 信息。

```java
@AutoService(Processor.class)
public class BindViewProcessor extends AbstractProcessor {
}
```

#### JavaPoet 生成 Java 代码

JavaPoet 中有几个常用的类：

MethodSpec：代表一个构造方法或方法声明；

TypeSpec：代表一个类、接口、或者枚举声明；

FieldSpec：代表一个成员变量、字段声明；

JavaFile：包含一个顶级类的 Java 文件；

关于它的使用，直接看官方文档即可：

[https://github.com/square/javapoet](https://github.com/square/javapoet)

#### ButterKnife 的实现

分为四步：

1. 定义注解
2. 注解处理器处理注解
3. 生成 Java 文件
4. 引入

##### 定义注解

```java
@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
@Target(ElementType.FIELD)
public @interface BindView {
    int value();
}
```

##### 注解处理器处理注解、生成 Java 文件

```java
@AutoService(Processor.class)
public class BindViewProcessor extends AbstractProcessor {

    private Elements mElementsUtils;
    private Types mTypesUtils;
    private Filter mFilter;
    private Messager mMessager;

    /**
     * 初始化方法
     * 可以初始化一些给注解处理器使用的工具类
     */
    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnvironment) {
        super.init(processingEnvironment);
        mElementsUtils = processingEnvironment.getElementUtils();
    }

    /**
     * 指定目标注解对象
     */
    @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
        Set<String> hashSet = new HashSet<>();
        hashSet.add(BindView.class.getCanonicalName());
        return hashSet;
    }

    /**
     * 指定使用的 Java 版本
     */
    @Override
    public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {
        return SourceVersion.latestSupported();
    }

    /**
     * 处理注解
     */
    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {
        //获取所有包含 BindView 注解的元素
        Set<? extends Element> elementSet = roundEnvironment.getElementsAnnotatedWith(BindView.class);
        Map<TypeElement, Map<Integer, VariableElement>> typeElementMapHashMap = new HashMap<>();
        for (Element element : elementSet) {
            //因为 BindView 的作用对象是 FIELD，因此 element 可以直接转化为 VariableElement
            VariableElement variableElement = (VariableElement) element;
            //getEnclosingElement 方法返回封装此 Element 的最里层元素
            //如果 Element 直接封装在另一个元素的声明中，则返回该封装元素
            //此处表示的即是 Activity 类对象
            TypeElement typeElement = (TypeElement) variableElement.getEnclosingElement();
            Map<Integer, VariableElement> variableElementMap = typeElementMapHashMap.get(typeElement);
            if (variableElementMap == null) {
                variableElementMap = new HashMap<>();
                typeElementMapHashMap.put(typeElement, variableElementMap);
            }
            //获取注解的值，即 ViewId
            BindView bindAnnotation = variableElement.getAnnotation(BindView.class);
            int viewId = bindAnnotation.value();
            variableElementMap.put(viewId, variableElement);
        }
        for (TypeElement key : typeElementMapHashMap.keySet()) {
            Map<Integer, VariableElement> elementMap = typeElementMapHashMap.get(key);
            String packageName = ElementUtil.getPackageName(mElementsUtils, key);
            JavaFile javaFile = JavaFile.builder(packageName, generateCodeByPoet(key, elementMap)).build();
            try {
                javaFile.writeTo(processingEnv.getFiler());
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return true;
    }

    /**
     * 生成 Java 类
     *
     * @param typeElement        注解对象的上层元素对象，即 Activity 对象
     * @param variableElementMap Activity 包含的注解对象以及注解的目标对象
     * @return
     */
    private TypeSpec generateCodeByPoet(TypeElement typeElement, Map<Integer, VariableElement> variableElementMap) {
        //自动生成的文件以 Activity 名 + ViewBinding 进行命名
        return TypeSpec.classBuilder(ElementUtil.getEnclosingClassName(typeElement) + "ViewBinding")
                .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
                .addMethod(generateMethodByPoet(typeElement, variableElementMap))
                .build();
    }

    /**
     * 生成方法
     *
     * @param typeElement        注解对象上层元素对象，即 Activity 对象
     * @param variableElementMap Activity 包含的注解对象以及注解的目标对象
     * @return
     */
    private MethodSpec generateMethodByPoet(TypeElement typeElement, Map<Integer, VariableElement> variableElementMap) {
        ClassName className = ClassName.bestGuess(typeElement.getQualifiedName().toString());
        //方法参数名
        String parameter = "_" + StringUtil.toLowerCaseFirstChar(className.simpleName());
        MethodSpec.Builder methodBuilder = MethodSpec.methodBuilder("bind")
                .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.STATIC)
                .returns(void.class)
                .addParameter(className, parameter);
        for (int viewId : variableElementMap.keySet()) {
            VariableElement element = variableElementMap.get(viewId);
            //被注解的字段名
            String name = element.getSimpleName().toString();
            //被注解的字段的对象类型的全名称
            String type = element.asType().toString();
            String text = "{0}.{1}=({2})({3}.findViewById({4}));\n";
            methodBuilder.addCode(MessageFormat.format(text, parameter, name, type, parameter, String.valueOf(viewId)));
        }
        return methodBuilder.build();
    }
}
```

##### 引入

```java
public class ButterKnife {
    public static void bind(Activity activity) {
        Class clazz = activity.getClass();
        try {
            Class bindViewClass = Class.forName(clazz.getName() + "ViewBinding");
            Method method = bindViewClass.getMethod("bind", clazz);
            method.invoke(null, activity);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
```



#### 参考

[注解处理器](https://time.geekbang.org/column/article/40189)

[教你实现一个轻量级的注解处理器 APT](https://mp.weixin.qq.com/s/3zrAzOUGpovRRbuYnce3uw)

[拆 JakeWharton 系列之 ButterKnife](https://juejin.im/post/58f388d1da2f60005d369a09)

[ButterKnife原理分析(二)注解的处理](https://www.jianshu.com/p/bcddc376c0ef)