1. 絮絮叨叨
- 要么是注解跟我有仇,要么是公司配发的笔记本跟我有仇,要么是因为心急吃不了热豆腐
- 痛定思痛:从头开始,新建一个Java项目,实现一个超级简单的注解@Hello
- 通过获取被标识类的类名(原类),创建对应的Hello类;Hello类中,有一个sayHello()方法,可以打印原类的类名
- 在此,记录一下如何定义一个简单的Java编译时注解处理器
- PS:附上之前的注解学习文档 —— Java注解
1.1 AbstractProcessor
init() 方法
- 注解处理器都使用默认构造函数(入参和方法体都为空)进行创建,init() 方法以在注解处理器创建好后执行一些初始化工作
ProcessingEnvironment 是JDK为注解处理器提供的注解处理的工具框架- 通过processingEnv,可以获取注解处理中经常使用到的、有用的工具类实例,如
Messager 、Filer 、Elements 等
getSupportedAnnotationTypes() 方法
- 在该方法中,可以指定注解处理器支持的注解,准确地说是注解的Name,如
MyAnnotion.class.getCanonicalName() - AbstractProcessor的默认实现:获取类头部
@SupportedAnnotationTypes 注解的value,其value是一个String[] ;如果是没有使用@SupportedAnnotationTypes ,则返回一个空的set - 总结: 注解处理器支持的注解,要么在方法体里面指定,要么通过
@SupportedAnnotationTypes 指定
getSupportedSourceVersion() 方法
- 在该方法中,可以指定Java源代码的版本(source version)
- AbstractProcessor的默认实现:获取类头部
@SupportedSourceVersion 注解的value,其value是一个枚举类SourceVersion ;如果是没有使用@SupportedSourceVersion ,则返回SourceVersion.RELEASE_6 - 总结: 注解处理器支持的sourceVersion,要么该方法体中指定,要么通过
@SupportedSourceVersion 指定
process() 方法(重头戏)
- 相当于注解注解器的main方法,实现对被已注册的注解标注的element(方法、类、接口等)的处理
- process方法对注解的处理不是一次到位的,可能存在多个round
- 每次都是处理上一轮的element上标注的注解,并返回这些注解是否已经被注解处理器声明
- 如果返回true,后续的注解处理器将不会处理这些注解
对process()方法中声明的理解
-
之所以叫编译时注解处理器,是因为源代码被compiler编译成字节码前,会先扫描源代码中的注解 -
如果注解有对应的注解处理器,则会调用process() 方法处理被注解标注的element -
这个处理过程可能会产生新的源代码、甚至修改已有的源代码,因此进行多轮的注解处理 -
自己的理解待验证,后续有空会做验证的 😂 -
参考文档:聊聊AbstractProcessor和Java编译流程
1.2 令人眼花缭乱的Element
关于Element
-
自定义编译时注解处理器,对一个新人来说,最让人头痛的事情:
- 各种Element,完全不知道该使用哪种。
- 写代码时,写一句,百度一下,测试一下,速度慢得让人捉急
-
仔细想想,一个Java类包括这几大部分:包名、类名、成员变量、构造函数/成员方法 -
Element对应的就是组成一个Java程序的各种元素,分别对应PackageElement 、TypeElement 、VariableElement 、ExecutableElement -
同时,有的类或方法使用了泛型,还有一个TypeParameterElement 对应泛型参数
元素 | 说明 |
---|
PackageElement | 对应包,提供对包和其成员的信息访问 | TypeElement | 对应类或接口, 提供对类型和它的成员的信息访问。是一种特殊的类,而注解是一种特殊的接口 | VariableElement | 对应字段、enum常量、方法或构造函数的入参、局部变量、资源变量和异常参数 | ExecutableElement | 对应类或接口中的方法、构造函数、初始化程序(静态的或实例的)。其中,也包括注解中的方法(注解元素的定义可以看作是一种特殊的方法定义) | TypeParameterElement | 对应类、接口、方法或构造函数的类型参数,也就是定义泛型时的E 、T 之类的泛型通配符 |
-
JDK源码的实现中,Element 是一个接口,TypeElement等具体元素是这个接口的子类(这些具体元素,也是一个接口)
1.3 ElementKind
- 以
VariableElement 为例,它可以表示字段、enum常量、方法或构造函数的入参、局部变量、资源变量以及异常参数 - VariableElement究竟是哪一种具体的元素,可以通过
Element.getKind() 方法知道,该方法返回值为ElementKind 枚举类 - JDK中,
ElementKind 枚举类定义了Element的类型,例如:PACKAGE 表示包,PARAMETER 表示方法或构造函数的入参,CONSTRUCTOR 构造函数等 - 想要了解更多,直接查看JDK源码中的ElementKind枚举类
ElementKind vs ElementType
- 二者都是枚举类,但是二者的侧重点不同
- ElementKind侧重于表示Element对应的类型,一般用于获取Element的类型
- ElementType侧重于标识注解可能出现的位置,或者说标识注解可以修饰的Element类型,在定义注解时使用
getKind()判断元素类型
-
尽量避免使用instanceof 判断Element的具体类型,因为TypeElement 可能是类,也可能是接口 -
下面的代码,只能判断出该元素是一个TypeElement ,而具体是类或接口都无法分辨 -
可以为它是一个类,实际是一个接口,获取到类名后就实例化一个对象,结果系统运行出错
if (element instanceof TypeElement) {
Class clazz = Class.forName(((TypeElement) element).getQualifiedName().toString());
Object obj = clazz.newInstance();
}
-
建议使用Element.getKind() 方法配合ElementKind 判断元素的类型 if (element.getKind() == ElementKind.CLASS)
1.4 TypeMirror & TypeKind
TypeMirror
- 通过对Element的学习,我们知道VariableElement可能是类型为
PARAMETER 的方法或构造函数的入参 - Java中,各种各样的数据类型:基本数据类型、数组、引用类型、null、泛型等,PARAMETER类型的元素究竟是哪一种数据类型呢?
- JDK中,Java编程语言各种数据类型对应的接口为
TypeMirror ,可以通过Element.asType() 方法获得该元素对应的TypeMirror - 同Element一样,TypeMirror也有很多的子类,对应具体的数据类型
- 例如,
PrimitiveType 表示基本数据类型(char、byte、int等)ArrayType 表示数组类型,ExecutableType 表示方法、构造函数或初始化程序
TypeKind
-
PrimitiveType 表示基本数据类型,而Java的基本数据类型就有8种 -
究竟是哪种基本数据类型,可以通过TypeMirror.getKind() 方法获得,该方法返回值为TypeKind 枚举类 -
JDK的TypeKind 枚举类,定义了TypeMirror的类型,如BOOLEAN 、VOID 、PACKAGE 等 -
和Element一样,若想进一步判断具体是哪种TypeMirror,不建议直接通过instanceof 判断,而是通过TypeMirror.getKind() 进行类型判断 if (typeMirror instanceof ArrayType)
if (typeMirror.getKind() == TypeKind.INT)
总结
- Element对应构成Java程序的各种元素,ElementKind枚举类定义了元素的类型
- TypeMirror对应Java编程语言的数据类型,TypeKind枚举类定义了TypeMirror的类型
- 如果将Java程序解析成一棵语法树,Element可以看作是语法树中的节点,TypeMirror可以看作是节点数据类型的一面镜子,通过这个镜子可以知道节点的数据类型
2. 自定义Java编译时处理器
- 定义一个
@Hello 注解,作用于Java类 - 创建
HelloProcessor 注解处理器,其逻辑:自动生成对应的Hello类,该类中有一个sayHello()方法,打印原始类的的类名(自报家门)
2.1 项目结构
- 创建maven项目:annotation-study作为聚合模块和父模块,然后创建三个子模块:
- annotation-processor:定义注解和注解处理器的模块
- annotation-use:使用注解和注解处理器的模块
注解处理器一直不生效的问题
-
最开始的时候,笔者尝试将注解和注解处理器分开,前者放到annotation-defined模块,后者放到annotation-processor模块 -
在 annotation-use模块引入annotation-defined <dependencies>
<dependency>
<groupId>org.example</groupId>
<artifactId>annotation-defined</artifactId>
<version>1.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>
</dependencies>
-
使用注解时,发现注解不知什么原因,处理器一直没有生效 -
一通忙碌后,尝试着在annotation-use模块引入annotation-processor,注解才生效了 <dependencies>
<dependency>
<groupId>org.example</groupId>
<artifactId>annotation-defined</artifactId>
<version>1.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.example</groupId>
<artifactId>annotation-processor</artifactId>
<version>1.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>
</dependencies>
-
为了方便,笔者将注解和注解处理器都放入annotation-processor模块
2.2 代码编写
-
在annotation-processor模块的sunrise.annotation 包下,创建@Hello注解 @Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Hello {
}
-
在annotation-processor模块的sunrise.annotation.processor 包下,创建HelloProcessor注解处理器
@SupportedAnnotationTypes("sunrise.annotation.Hello")
public class HelloProcessor extends AbstractProcessor {
private Messager messager;
private Elements elementUtils;
private Filer filer;
@Override
public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv) {
super.init(processingEnv);
this.messager = processingEnv.getMessager();
this.elementUtils = processingEnv.getElementUtils();
this.filer = processingEnv.getFiler();
}
@Override
public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {
if (SourceVersion.latest().compareTo(SourceVersion.RELEASE_8) > 0) {
return SourceVersion.latest();
}
return SourceVersion.RELEASE_8;
}
@Override
public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "source version -- " + getSupportedSourceVersion());
for (TypeElement annotation : annotations) {
String annotationName = annotation.getSimpleName().toString();
Set<? extends Element> elements = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(annotation);
for (Element element : elements) {
if (element.getKind() != ElementKind.CLASS) {
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.ERROR, "@" + annotationName + "must be used for a class");
}
TypeElement classElement = (TypeElement) element;
String simpleName = classElement.getSimpleName().toString();
PackageElement packageElement = elementUtils.getPackageOf(classElement);
String packageName = packageElement.getQualifiedName().toString();
TypeSpec typeSpec = generateClassFile(simpleName, packageName);
JavaFile javaFile = JavaFile.builder(packageName, typeSpec).build();
try {
javaFile.writeTo(filer);
} catch (IOException e) {
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.ERROR, "Failed to generate Java file for class ", element);
}
}
}
return roundEnv.processingOver();
}
private TypeSpec generateClassFile(String simpleName, String packageName) {
FieldSpec nameField = FieldSpec.builder(String.class, "className", Modifier.PRIVATE).build();
MethodSpec constructor = MethodSpec.constructorBuilder()
.addModifiers(Modifier.PUBLIC)
.addStatement("this.$N = $S", nameField, simpleName)
.build();
String msg = "Hello, this is ";
MethodSpec sayHello = MethodSpec.methodBuilder("sayHello")
.addModifiers(Modifier.PUBLIC)
.addStatement("System.out.println($S + className)", msg)
.build();
ClassName helloClass = ClassName.get(packageName, simpleName + "Hello");
return TypeSpec.classBuilder(helloClass)
.addModifiers(Modifier.PUBLIC)
.addField(nameField)
.addMethod(constructor)
.addMethod(sayHello)
.build();
}
}
-
在annotation-use模块的sunrise.annotation.use 包下创建AnnotationUse1类并使用@Hello注解 @Hello
public class AnnotationUse {
}
2.3 如何让注解生效
-
这里笔者采用最原始的方式让注解处理器生效:注解处理器器加入到classPath中,使得javac在编译的过程中可以找到自定义的注解处理器 -
具体做法;
-
在annotation-processor模块的pom.xml文件中添加以下内容,从而对compiler进行设置,否则会出现Bad service configuration file ... 错误 <build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
<configuration>
<source>1.8</source>
<target>1.8</target>
<encoding>UTF-8</encoding>
<compilerArgument>-proc:none</compilerArgument>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
-
在聚合模块annation-study下,执行maven命令打包项目 mvn clean package
-
完成编译后,会发现annation-use模块的target目录中,出现了AnnotationUseHello.java 文件。 -
该文件,也完成了编译,生成了对应的class文件 -
AnnotationUseHello类的代码如下,可以看出:AnnotationUseHello类和源类AnnotationUse在同一个包,其sayHello()方法成功打印了源类的名称 package sunrise.annotation.use;
import java.lang.String;
public class AnnotationUseHello {
private String className;
public AnnotationUseHello() {
this.className = "AnnotationUse";
}
public void sayHello() {
System.out.println("Hello, this is " + className);
}
}
2.4 使用自动生成的Hello类
-
创建Main类,在其mian()方法中使用通过注解处理器生成的Hello类 package sunrise.annotation.use.main;
import sunrise.annotation.use.AnnotationUseHello;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
AnnotationUseHello hello = new AnnotationUseHello();
hello.sayHello();
}
}
-
执行结果如下: -
至此,一个简单的@Hello注解的编译时注解处理器便完成了
3. 其他的知识
3.1 Google的@AutoService注解
-
Java Annotation Processing and Creating a Builder中,介绍了很多让编译时注解处理器生效的方法 -
结合其他资料,除了上面介绍的META-INF/services 方法,主流的另一种方法是使用Google提供@AutoService 注解 -
首先,需要引入auto-service依赖 <dependency>
<groupId>com.google.auto.service</groupId>
<artifactId>auto-service</artifactId>
<version>1.0</version>
</dependency>
-
在注解处理器类的声明处加上@AutoService注解 @AutoService(Processor.class)
@SupportedAnnotationTypes("sunrise.annotation.Hello")
public class HelloProcessor extends AbstractProcessor
-
通过maven命令,重新打包整个项目,发现annotation-processor模块中自动生成对应的META-INF/services 目录和文件 -
如果发现没有自动生成,请将之前在pom.xml文件中配置的compiler参数注释掉(自己也不知道原因,摸索以后发现的解决办法 😂) <!-- <compilerArgument>-proc:none</compilerArgument> -->
3.2 如何解决Bad service configuration file ... 问题
-
若不对compiler进行设置,编译annotation-processor模块将会失败 -
报错信息如下:可能是服务配置文件不正,或者构建Processor对象时没有找到HelloProcessor而抛出异常 -- 英文版本
[ERROR] Bad service configuration file, or exception thrown while
constructing Processor object: javax.annotation.processing.Processor:
Provider sunrise.annotation.processor.HelloProcessor not found
-- 中文版本
[ERROR] 服务配置文件不正确, 或构造处理程序对象javax.annotation.processing.Processor: Provider sunrise.annotation.processor.HelloProcessor not found时抛出异常错误
-
错误原因:
- javac编译源代码时,试图使用javax.annotation.processing.Processor中注册的HelloProcessor,而HelloProcessor尚未完成编译
- HelloProcessor.class文件,要么放在另一个资源目录中,然后拷贝到META-INF/services目录;要么需要在编译阶段生成(这样的方式更好)
解决办法1
-
为annotation-processor模块设置-proc:none 这个编译参数,让其忽略Annotation Processing阶段 <build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
<configuration>
<source>1.8</source>
<target>1.8</target>
<encoding>UTF-8</encoding>
<compilerArgument>-proc:none</compilerArgument>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
-
参考文档:Java Annotation Processor 小记
解决办法2
-
将编译划分成两个阶段,第一阶段只进行Processor的编译,第二阶段就行整个模块的编译 <build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
<version>3.8.0</version>
<configuration>
<source>1.8</source>
<target>1.8</target>
<encoding>UTF-8</encoding>
</configuration>
<executions>
<execution>
<id>default-compile</id>
<configuration>
<compilerArgument>-proc:none</compilerArgument>
<includes>
<include>sunrise/annotation/processor/HelloProcessor.java</include>
</includes>
</configuration>
</execution>
<execution>
<id>compile-project</id>
<phase>compile</phase>
<goals>
<goal>compile</goal>
</goals>
</execution>
</executions>
</plugin>
</plugins>
</build>
-
参考文档:Bad service configuration file, or exception thrown while constructing Processor object
3.3 Messager的NOTE的作用
-
在HelloProcessor的process()方法中,有这样的两行代码
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "source version -- " + getSupportedSourceVersion());
-
但是,在maven的打包过程中,好像并没有出现包含source version 信息 -
那NOTE类型的信息,可以在哪里查看呢? -
本人发现:如果通过idea的Compile功能编译AnnotationUse类,在底部的Build 窗口中将有对应的信息打印 -
在学习编译时注解处理器的辛酸历程中,总结出来一个道理:
3.4 通过代码加深对Element的理解
-
定义@MyAnnotation 注解,作用于方法 @Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface MyAnnotation {
}
-
创建注解处理器MyAnnotationProcessor :通过Element和TypeMirror的方法,获取被标注方法的相关信息 @AutoService(Processor.class)
@SupportedAnnotationTypes("sunrise.annotation.MyAnnotation")
@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8)
public class MyAnnotationProcessor extends AbstractProcessor {
private Messager messager;
private Elements elementUtils;
@Override
public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv) {
super.init(processingEnv);
this.messager = processingEnv.getMessager();
elementUtils = processingEnv.getElementUtils();
}
@Override
public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
for (TypeElement annotation : annotations) {
Set<? extends Element> elements = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(annotation);
for (Element element : elements) {
ExecutableElement method = (ExecutableElement) element;
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "方法:ExecutableElement: " + method.getSimpleName() + "(), ElementKind: " + method.getKind());
TypeElement classElement = (TypeElement) method.getEnclosingElement();
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "方法所属的类:TypeElement: " + classElement.getQualifiedName() + ", ElementKind: " + classElement.getKind());
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "方法的入参: ");
List<? extends VariableElement> parameters = method.getParameters();
for (VariableElement param : parameters) {
TypeMirror typeMirror = param.asType();
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "VariableElement: " + typeMirror.getKind() + " " + param.getSimpleName() + ", ElementKind: " + param.getKind());
}
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "方法的类型参数: ");
List<? extends TypeParameterElement> typeParameters = method.getTypeParameters();
for (TypeParameterElement typeParameter : typeParameters) {
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "TypeParameterElement: " + typeParameter + ", ElementKind: " + typeParameter.getKind());
}
PackageElement packageElement = elementUtils.getPackageOf(classElement);
String packageName = packageElement.getQualifiedName().toString();
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "包:PackageElement: " + (StringUtils.isNotEmpty(packageName) ? packageName : "no package")
+ ", ElementKind: " + packageElement.getKind());
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, "包中的类或接口如下: ");
List<? extends Element> enclosedElements = packageElement.getEnclosedElements();
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, packageName + " has following class or interface:");
for (Element enclosedElement : enclosedElements) {
ElementKind kind = enclosedElement.getKind();
if (kind == ElementKind.CLASS || kind == ElementKind.INTERFACE) {
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, ((TypeElement) enclosedElement).getQualifiedName());
}
}
}
}
return true;
}
}
-
创建ElementTest 类,在其print()方法中使用@MyAnnotation public class ElementTest {
@MyAnnotation
public <E> void print(E element, int a) {
System.out.println(a + ": " + element);
}
}
-
使用idea编译ElementTest类,Build窗口打印的信息,部分截图如下:
4. 结语
- 本文可以说,只是如何定义编译时注解处理器的入门教程,还有很多很强大的功能等待解锁
一些参考文档
如何实现@Factory注解
SPI机制
- 后续的话,可以学习一下SPI机制。毕竟自己工作中接触到的一个组件,就是使用SPI机制来提供自定义插件的接口的 😂
- SPI学习文档:JDK SPI 的使用和源码分析
如何修改已有的代码
5. 文章开头没讲的血泪史
暴击一:高开低走
- 第一次尝试定义Java编译时注解处理器,自己一下子就挑战如何实现@Builder注解
- 使用自己的电脑,哼哧哼哧写完代码后,貌似是注解没有生效。
- 东搞西搞,搞到了半夜两三点,好像摸出了点门道。考虑第二天还要上班,于是收工睡觉了
暴击二:重整旗鼓,问题不断
- 使用公司的笔记本,尝试将之前的@Builder注解整理一下
- 吸取了之前的教训,仔细阅读了很多的博客,打算将注解定义和注解的使用分成不同的模块
- 创建一个基于maven的项目annotation-study,然后向该项目增加一个annotation-processor模块
- maven的聚合模块与父模块
- 使用idea创建maven项目时,root模块既是聚合模块,又是父模块
- 导致在annotation-study的pom文件中添加annotation-processor时依赖时,出现了循环引用的问题
- 去掉父模块的设定后,发现在根目录执行
mvn clean install 命令后,annotation-study模块中在没有target目录生成 - annotation-study是一个聚合模块,其打包方式是
pom ,maven并不会对annotation-study模块中的代码进行编译、打包和install
暴击三:不知为啥,第三次仍然失败 😢
- 晚上和同学吃完饭后,回到家又继续搞了一会,反正还是没有搞清醒 😂
- 自己最开始实现@Builder注解时,使用google的
@AutoService 注解使注解生效 - 这次整理@Builder注解的实现,回归原始的设置方式,通过在resources目录创建
META-INF/services/javax.annotation.processing.Processor 文件,使注解生效 - 搞久了,心态有点崩了,而且各种问题
- 甚至自己对比后,还因为idea中创建的
META-INF/services 显示如下,怀疑是创建方式有问题 - 一度还找到了自认为同病相怜的老兄写的博客:SPI服务发现机制没有生效原因分析
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