Android 利用 APT 技术在编译期生成代码

APT(Annotation Processing Tool 的简称)，可以在代码编译期解析注解，并且生成新的 Java 文件，减少手动的代码输入。现在有很多主流库都用上了 APT，比如 Dagger2, ButterKnife, EventBus3 等，我们要紧跟潮流，与时俱进呐！ (ง •̀_•́)ง

下面通过一个简单的 View 注入项目 ViewFinder 来介绍 APT 相关内容，简单实现了类似于 ButterKnife 中的两种注解 @BindView 和 @OnClick 。

项目地址：https://github.com/brucezz/ViewFinder

大概项目结构如下：

viewFinder-annotation - 注解相关模块
viewFinder-compiler - 注解处理器模块
viewfinder - API 相关模块
sample - 示例 Demo 模块

实现目标

在通常的 Android 项目中，会写大量的界面，那么就会经常重复地写一些代码，比如：

TextView text = (TextView) findViewById(R.id.tv);
text.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
    @Override
    public void onClick(View view) {
        // on click
    }
});

天天写这么冗长又无脑的代码，还能不能愉快地玩耍啦。所以，我打算通过 ViewFinder 这个项目替代这重复的工作，只需要简单地标注上注解即可。通过控件 id 进行注解，并且 @OnClick 可以对多个控件注解同一个方法。就像下面这样子咯：

@BindView(R.id.tv) TextView mTextView;
@OnClick({R.id.tv, R.id.btn})
public void onSomethingClick() {
    // on click
}

定义注解

创建 module viewFinder-annotation ，类型为 Java Library，定义项目所需要的注解。

在 ViewFinder 中需要两个注解 @BindView 和 @OnClick 。实现如下：

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

@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface OnClick {
    int[] value();
}

@BindView 需要对成员变量进行注解，并且接收一个 int 类型的参数； @OnClick 需要对方法进行注解，接收一组 int 类型参数，相当于给一组 View 指定点击响应事件。

编写 API

创建 module viewfinder，类型为 Android Library。在这个 module 中去定义 API，也就是去确定让别人如何来使用我们这个项目。

首先需要一个 API 主入口，提供静态方法直接调用，就比如这样：

ViewFinder.inject(this);

同时，需要为不同的目标（比如 Activity、Fragment 和 View 等）提供重载的注入方法，最终都调用 inject() 方法。其中有三个参数：

host 表示注解 View 变量所在的类，也就是注解类
source 表示查找 View 的地方，Activity & View 自身就可以查找，Fragment 需要在自己的 itemView 中查找
provider 是一个接口，定义了不同对象（比如 Activity、View 等）如何去查找目标 View，项目中分别为 Activity、View 实现了 Provider 接口（具体实现参考项目代码吧 😄）。

public class ViewFinder {

    private static final ActivityProvider PROVIDER_ACTIVITY = new ActivityProvider();
    private static final ViewProvider PROVIDER_VIEW = new ViewProvider();

    public static void inject(Activity activity) {
        inject(activity, activity, PROVIDER_ACTIVITY);
    }
    public static void inject(View view) {
        // for view
        inject(view, view);
    }
    public static void inject(Object host, View view) {
        // for fragment
        inject(host, view, PROVIDER_VIEW);
    }
    public static void inject(Object host, Object source, Provider provider) {
        // how to implement ?
    }
}

那么 inject() 方法中都写一些什么呢？

首先我们需要一个接口 Finder，然后为每一个注解类都生成一个对应的内部类并且实现这个接口，然后实现具体的注入逻辑。在 inject() 方法中首先找到调用者对应的 Finder 实现类，然后调用其内部的具体逻辑来达到注入的目的。

接口 Finder 设计如下：

public interface Finder<T> {
    void inject(T host, Object source, Provider provider);
}

举个🌰，为 MainActivity 生成 MainActivity$$Finder，对其注解的 View 进行初始化和设置点击事件，这就跟我们平常所写的重复代码基本相同。

public class MainActivity$$Finder implements Finder<MainActivity> {
    @Override
    public void inject(final MainActivity host, Object source, Provider provider) {
        host.mTextView = (TextView) (provider.findView(source, 2131427414));
        host.mButton = (Button) (provider.findView(source, 2131427413));
        host.mEditText = (EditText) (provider.findView(source, 2131427412));
        View.OnClickListener listener;
        listener = new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View view) {
                host.onButtonClick();
            }
        };
        provider.findView(source, 2131427413).setOnClickListener(listener);
        listener = new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View view) {
                host.onTextClick();
            }
        };
        provider.findView(source, 2131427414).setOnClickListener(listener);
    }
}

好了，所有注解类都有了一个名为 xx$$Finder 的内部类。我们首先通过注解类的类名，得到其对应内部类的 Class 对象，然后实例化拿到具体对象，调用注入方法。

public class ViewFinder {

  	// same as above

    private static final Map<String, Finder> FINDER_MAP = new HashMap<>();

    public static void inject(Object host, Object source, Provider provider) {
        String className = host.getClass().getName();
        try {
            Finder finder = FINDER_MAP.get(className);
            if (finder == null) {
                Class<?> finderClass = Class.forName(className + "$$Finder");
                finder = (Finder) finderClass.newInstance();
                FINDER_MAP.put(className, finder);
            }
            finder.inject(host, source, provider);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("Unable to inject for " + className, e);
        }
    }
}

另外代码中使用到了一点反射，所以为了提高效率，避免每次注入的时候都去找 Finder 对象，这里用一个 Map 将第一次找到的对象缓存起来，后面用的时候直接从 Map 里面取。

到此，API 模块的设计基本搞定了，接下来就是去通过注解处理器为每一个注解类生成 Finder 内部类。

创建注解处理器

创建 module viewFinder-compiler，类型为 Java Library，实现一个注解处理器。

这个模块需要添加一些依赖：

compile project(':viewfinder-annotation')
compile 'com.squareup:javapoet:1.7.0'
compile 'com.google.auto.service:auto-service:1.0-rc2'

因为要用到前面定义的注解，当然要依赖 viewFinder-annotation。
javapoet 是方块公司出的又一个好用到爆炸的裤子，提供了各种 API 让你用各种姿势去生成 Java 代码文件，避免了徒手拼接字符串的尴尬。
auto-service 是 Google 家的裤子，主要用于注解 Processor，对其生成 META-INF 配置信息。

下面就来创建我们的处理器 ViewFinderProcessor。

@AutoService(Processor.class)
public class ViewFinderProcesser extends AbstractProcessor {

    /**
     * 使用 Google 的 auto-service 库可以自动生成 META-INF/services/javax.annotation.processing.Processor 文件
     */

    private Filer mFiler; //文件相关的辅助类
    private Elements mElementUtils; //元素相关的辅助类
    private Messager mMessager; //日志相关的辅助类

    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv) {
        super.init(processingEnv);
        mFiler = processingEnv.getFiler();
        mElementUtils = processingEnv.getElementUtils();
        mMessager = processingEnv.getMessager();
    }

    /**
     * @return 指定哪些注解应该被注解处理器注册
     */
    @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
        Set<String> types = new LinkedHashSet<>();
        types.add(BindView.class.getCanonicalName());
        types.add(OnClick.class.getCanonicalName());
        return types;
    }

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

    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
        // to process annotations
        return false;
    }
}

用 @AutoService 来注解这个处理器，可以自动生成配置信息。

在 init() 可以初始化拿到一些实用的工具类。

在 getSupportedAnnotationTypes() 方法中返回所要处理的注解的集合。

在 getSupportedSourceVersion() 方法中返回 Java 版本。

这几个方法写法基本上都是固定的，重头戏在 process() 方法。

这里插播一下 Element 元素相关概念，后面会用到不少。

Element 元素，源代码中的每一部分都是一个特定的元素类型，分别代表了包、类、方法等等，具体看 Demo。

package com.example;

public class Foo { // TypeElement

	private int a; // VariableElement
	private Foo other; // VariableElement

	public Foo() {} // ExecuteableElement

	public void setA( // ExecuteableElement
			int newA // TypeElement
	) {
	}
}

这些 Element 元素，相当于 XML 中的 DOM 树，可以通过一个元素去访问它的父元素或者子元素。

element.getEnclosingElement();// 获取父元素
element.getEnclosedElements();// 获取子元素

注解处理器的整个处理过程跟普通的 Java 程序没什么区别，我们可以使用面向对象的思想和设计模式，将相关逻辑封装到 model 中，使得流程更清晰简洁。分别将注解的成员变量、点击方法和整个注解类封装成不同的 model。

public class BindViewField {
    private VariableElement mFieldElement;
    private int mResId;

    public BindViewField(Element element) throws IllegalArgumentException {
        if (element.getKind() != ElementKind.FIELD) {
            throw new IllegalArgumentException(
                String.format("Only fields can be annotated with @%s", BindView.class.getSimpleName()));
        }

        mFieldElement = (VariableElement) element;
        BindView bindView = mFieldElement.getAnnotation(BindView.class);
        mResId = bindView.value();
    }
	// some getter methods
}

主要就是在初始化时校验了一下元素类型，然后获取注解的值，在提供几个 get 方法。OnClickMethod 封装类似。

public class AnnotatedClass {

    public TypeElement mClassElement;
    public List<BindViewField> mFields;
    public List<OnClickMethod> mMethods;
    public Elements mElementUtils;

  	// omit some easy methods

    public JavaFile generateFinder() {

        // method inject(final T host, Object source, Provider provider)
        MethodSpec.Builder injectMethodBuilder = MethodSpec.methodBuilder("inject")
            .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
            .addAnnotation(Override.class)
            .addParameter(TypeName.get(mClassElement.asType()), "host", Modifier.FINAL)
            .addParameter(TypeName.OBJECT, "source")
            .addParameter(TypeUtil.PROVIDER, "provider");

        for (BindViewField field : mFields) {
            // find views
            injectMethodBuilder.addStatement("host.$N = ($T)(provider.findView(source, $L))", field.getFieldName(),
                ClassName.get(field.getFieldType()), field.getResId());
        }

        if (mMethods.size() > 0) {
            injectMethodBuilder.addStatement("$T listener", TypeUtil.ANDROID_ON_CLICK_LISTENER);
        }
        for (OnClickMethod method : mMethods) {
            // declare OnClickListener anonymous class
            TypeSpec listener = TypeSpec.anonymousClassBuilder("")
                .addSuperinterface(TypeUtil.ANDROID_ON_CLICK_LISTENER)
                .addMethod(MethodSpec.methodBuilder("onClick")
                    .addAnnotation(Override.class)
                    .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
                    .returns(TypeName.VOID)
                    .addParameter(TypeUtil.ANDROID_VIEW, "view")
                    .addStatement("host.$N()", method.getMethodName())
                    .build())
                .build();
            injectMethodBuilder.addStatement("listener = $L ", listener);
            for (int id : method.ids) {
                // set listeners
                injectMethodBuilder.addStatement("provider.findView(source, $L).setOnClickListener(listener)", id);
            }
        }
        // generate whole class
        TypeSpec finderClass = TypeSpec.classBuilder(mClassElement.getSimpleName() + "$$Finder")
            .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
            .addSuperinterface(ParameterizedTypeName.get(TypeUtil.FINDER, TypeName.get(mClassElement.asType())))
            .addMethod(injectMethodBuilder.build())
            .build();

        String packageName = mElementUtils.getPackageOf(mClassElement).getQualifiedName().toString();
		// generate file
        return JavaFile.builder(packageName, finderClass).build();
    }
}

AnnotatedClass 表示一个注解类，里面放了两个列表，分别装着注解的成员变量和方法。在 generateFinder() 方法中，按照上一节设计的模板，利用 JavaPoet 的 API 生成代码。这部分没啥特别的姿势，照着 JavaPoet 文档来就好了，文档写得很细致。

有很多地方需要用到对象的类型，普通类型可以用

ClassName get(String packageName, String simpleName, String... simpleNames)

传入包名、类名、内部类名，就可以拿到想要的类型了（可以参考项目中TypeUtil 类）。

用到泛型的话，可以用

ParameterizedTypeName get(ClassName rawType, TypeName... typeArguments)

传入具体类和泛型类型就好了。

这些 model 都确定好了之后，process() 方法就很清爽啦。使用 RoundEnvironment 参数来查询被特定注解标注的元素，然后解析成具体的 model，最后生成代码输出到文件中。

@AutoService(Processor.class)
public class ViewFinderProcesser extends AbstractProcessor {

    private Map<String, AnnotatedClass> mAnnotatedClassMap = new HashMap<>();

    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
      	// process() will be called several times
        mAnnotatedClassMap.clear();

        try {
            processBindView(roundEnv);
            processOnClick(roundEnv);
        } catch (IllegalArgumentException e) {
            error(e.getMessage());
            return true; // stop process
        }

        for (AnnotatedClass annotatedClass : mAnnotatedClassMap.values()) {
            try {
                info("Generating file for %s", annotatedClass.getFullClassName());
                annotatedClass.generateFinder().writeTo(mFiler);
            } catch (IOException e) {
                error("Generate file failed, reason: %s", e.getMessage());
                return true;
            }
        }
        return true;
    }

    private void processBindView(RoundEnvironment roundEnv) throws IllegalArgumentException {
        for (Element element : roundEnv.getElementsAnnotatedWith(BindView.class)) {
            AnnotatedClass annotatedClass = getAnnotatedClass(element);
            BindViewField field = new BindViewField(element);
            annotatedClass.addField(field);
        }
    }

    private void processOnClick(RoundEnvironment roundEnv) {
        // same as processBindView()
    }

    private AnnotatedClass getAnnotatedClass(Element element) {
        TypeElement classElement = (TypeElement) element.getEnclosingElement();
        String fullClassName = classElement.getQualifiedName().toString();
        AnnotatedClass annotatedClass = mAnnotatedClassMap.get(fullClassName);
        if (annotatedClass == null) {
            annotatedClass = new AnnotatedClass(classElement, mElementUtils);
            mAnnotatedClassMap.put(fullClassName, annotatedClass);
        }
        return annotatedClass;
    }
}

首先解析注解元素，并放到对应的注解类对象中，最后调用方法生成文件。model 的代码中还会加入一些校验代码，来判断注解元素是否合理，数据是否正常，然后抛出异常，处理器接收到之后可以打印出错误提示，然后直接返回 true 来结束处理。

至此，注解处理器也基本完成了，具体细节参考项目代码。

实际项目使用

创建 module sample，普通的 Android module，来演示 ViewFinder 的使用。

在整个项目下的 build.gradle 中添加

classpath 'com.neenbedankt.gradle.plugins:android-apt:1.8'

然后在 sample module 下的 build.gradle 中添加

apply plugin: 'com.neenbedankt.android-apt'

同时添加依赖：

compile project(':viewfinder-annotation')
compile project(':viewfinder')
apt project(':viewfinder-compiler')

然后随便创建个布局，随便添加几个控件，就能体验注解啦。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    @BindView(R.id.tv) TextView mTextView;
    @BindView(R.id.btn) Button mButton;
    @BindView(R.id.et) EditText mEditText;

    @OnClick(R.id.btn)
    public void onButtonClick() {
        Toast.makeText(this, "onButtonClick", Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }

    @OnClick(R.id.tv)
    public void onTextClick() {
        Toast.makeText(this, "onTextClick", Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        ViewFinder.inject(this);
    }
}

这个时候 build 一下项目，就能看到生成的 MainActivity$$Finder 类了，再运行项目就跑起来了。每次改变注解之后，build 一下项目就好啦。

all done ~

这个项目也就是个玩具级的 APT 项目，借此来学习如何编写 APT 项目。感觉 APT 项目更多地是考虑如何去设计架构，类之间如何调用，需要生成什么样的代码，提供怎样的 API 去调用。最后才是利用注解处理器去解析注解，然后用 JavaPoet 去生成具体的代码。

思路比实现更重要，设计比代码更巧妙。