JVM进阶 -- 浅谈注解处理器

栏目: Java · 发布时间: 5年前

内容简介:CheckGetter的目的:遍历被标注的类中的实例字段,并检查有没有对应的getter方法
  1. 注解是 Java 5引入,用来为类、方法、字段和参数等Java结构 提供额外信息 的机制
  2. @Override 仅对 Java编译器 有用,为Java编译器 引用一条新的编译规则 ,编译完成后,它的使命也结束了
  3. Java的注解机制允许开发人员 自定义注解 ,这些自定义注解同样可以为Java编译器 添加编译规则
    • 这种功能需要由开发人员提供,并且以 插件的形式 接入Java编译器中,这些插件被称之为 注解处理器
  4. 除了 引入新的编译规则 外,注解处理器还可以用于 修改已有的Java源文件 (不推荐)和 生成新的Java源文件
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Override {
}
// 元注解@Target:用来限定目标注解所能标注的Java结构
// 元注解@Retention:用来限定目标注解的生命周期
//      SOURCE:源代码,一旦源代码被编译为字节码,注解便会被擦除
//      CLASS:源代码+字节码
//      RUNTIME:源代码+字节码+运行时

原理 + 用途

编译过程

JVM进阶 -- 浅谈注解处理器

  1. 将源文件解析为 抽象语法树
  2. 调用已注册的 注解处理器
    • 如果该过程 生成了新的源文件 ,编译器将重复第1、2步
    • 每次重复成为 一轮
    • 第一轮解析处理的是输入至编译器中的已有源文件
    • 当注解处理器不再生成新的源文件,将进入最后一轮
  3. 生成 字节码

主要用途

  1. 定义编译规则,并检查被编译的源文件
  2. 修改已有源代码,涉及Java编译器的内部API,不推荐
  3. 生成新的源代码

定义编译规则

import java.lang.annotation.*;

@Target({ElementType.TYPE, ElementType.FIELD})
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface CheckGetter {
}

CheckGetter的目的:遍历被标注的类中的实例字段,并检查有没有对应的getter方法

实现注解处理器

Processor接口

public interface Processor {
    void init(ProcessingEnvironment processingEnv);
    Set<String> getSupportedAnnotationTypes();
    SourceVersion getSupportedSourceVersion();
    boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv);
    ...
}
  1. init:注解处理器的初始化代码
    • 不采用 构造器 的原因是在Java编译器中, 注解处理器实例是通过反射生成的
    • 因此每个注解处理器类都需要定义一个 无参构造器
    • 通常来说不需要声明任何构造器,而是 依赖于Java编译器自动插入一个无参构造器
    • 具体的初始化代码,放入 init 方法中
  2. getSupportedAnnotationTypes:返回该注解处理器 所支持的注解类型
  3. getSupportedSourceVersion:返回该注解处理器 所支持的Java版本 ,通常需要 与Java编译器的版本一致
  4. process:最为 关键 的注解处理方法

AbstractProcessor抽象类

AbstractProcessor 实现了 initgetSupportedAnnotationTypesgetSupportedSourceVersion 方法

它的子类可以通过 @SupportedAnnotationTypes@SupportedSourceVersion 注解来声明所支持的 注解类型 以及 Java版本

import javax.annotation.processing.*;
import javax.lang.model.SourceVersion;
import javax.lang.model.element.*;
import javax.lang.model.util.ElementFilter;
import javax.tools.Diagnostic;
import java.util.Set;

@SupportedAnnotationTypes("CheckGetter")
@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8)
public class CheckGetterProcessor extends AbstractProcessor {
    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
        // annotations:该注解处理器所能处理的注解类型
        // roundEnv:囊括当前轮生成的抽象语法树RoundEnvironment
        // roundEnv.getElementsAnnotatedWith(CheckGetter.class) -> 获取所有被@CheckGetter注解的类
        for (TypeElement annotatedClass : ElementFilter.typesIn(roundEnv.getElementsAnnotatedWith(CheckGetter.class))) {
            for (VariableElement field : ElementFilter.fieldsIn(annotatedClass.getEnclosedElements())) {
                if (!containsGetter(annotatedClass, field.getSimpleName().toString())) {
                    processingEnv.getMessager().printMessage(Diagnostic.Kind.ERROR,
                            String.format("getter not fund for '%s.%s'.", annotatedClass.getSimpleName(),
                                    field.getSimpleName()));
                }
            }
        }
        return false;
    }

    private static boolean containsGetter(TypeElement typeElement, String name) {
        // 拼接getter名称
        String getter = "get" + name.substring(0, 1).toUpperCase() + name.substring(1).toLowerCase();
        for (ExecutableElement executableElement : ElementFilter.methodsIn(typeElement.getEnclosedElements())) {
            if (!executableElement.getModifiers().contains(Modifier.STATIC)
                    && executableElement.getSimpleName().toString().equals(getter)
                    && executableElement.getParameters().isEmpty()) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}

process方法涉及处理各种不同类型的Element,分别指代Java程序的各个 结构

// package me.zhongmingmao.advanced.annotation; // PackageElement

@CheckGetter
public class Foo { // TypeElement
    int a; // VariableElement
    static int b; // VariableElement

    Foo() { // ExecutableElement
    }

    void setA( // ExecutableElement
               int newA // VariableElement
    ) {
    }
}

Java结构之间也存在从属关系, TypeElement.getEnclosedElements() 将获取 字段,构造器和方法

注册

在将注解处理器编译成class文件后,就可以将其 注册为Java编译器的插件 ,并用来 处理其他源代码

$ ll
total 24
-rw-r--r--  1 zhongmingmao  staff   147B  1  7 22:53 CheckGetter.java
-rw-r--r--  1 zhongmingmao  staff   2.0K  1  7 22:54 CheckGetterProcessor.java
-rw-r--r--  1 zhongmingmao  staff   316B  1  7 22:55 Foo.java

$ javac CheckGetter.java CheckGetterProcessor.java

$ javac -cp . -processor CheckGetterProcessor Foo.java
错误: getter not fund for 'Foo.a'.
错误: getter not fund for 'Foo.b'.
2 个错误

$ ll
total 40
-rw-r--r--  1 zhongmingmao  staff   385B  1  7 22:57 CheckGetter.class
-rw-r--r--  1 zhongmingmao  staff   147B  1  7 22:53 CheckGetter.java
-rw-r--r--  1 zhongmingmao  staff   3.1K  1  7 22:57 CheckGetterProcessor.class
-rw-r--r--  1 zhongmingmao  staff   2.0K  1  7 22:54 CheckGetterProcessor.java
-rw-r--r--  1 zhongmingmao  staff   316B  1  7 22:55 Foo.java

修改与生成源代码

  1. 注解处理器并 不能真正地修改源代码
  2. 实际修改的是 由Java源代码生成的抽象语法树
    • 在其中修改已有的树节点或者插入新的树节点,从而使生成的字节码发生变化
    • 对抽象语法树的修改涉及了 Java编译器的内部API ,很可能 随版本变更而失效 ,不推荐
    • 样例:lombok
  3. 相对于修改源代码,用注解处理器 生成源代码更为常用

JVM进阶 -- 浅谈注解处理器

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