Shuffy

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Java Annotation 高级应用

Posted on 2008-12-09 15:44 Shuffy 阅读(663) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: Java
原文:http://www.matrix.org.cn/resource/article/44/44062_Java+Annotation+Apt.html
前言:
前不久在matrix上先后发表了
《java annotation 入门》《java annotation 手册》两篇文章,比较全面的对java annotation的语法、原理、使用三方面进行了阐述。由于《入门》中的简单例程虽然简单明了的说明了annotation用法,但给大家的感觉可能是意犹未见,所以在此行文《java annotation高级应用》,具体实例化解释annotation和annotation processing tool(APT)的使用。望能对各位的有所帮助。

一、摘要:
《java annotation高级应用》具体实例化解释annotation和annotation processing tool(APT)的使用。望能对各位的有所帮助。本文列举了用于演示annotation的BRFW演示框架、演示APT的apt代码实例,并对其进行较为深度的分析,希望大家多多提意见。

二、annotation实例分析
1.BRFW(Beaninfo Runtime FrameWork)定义:
本人编写的一个annotation功能演示框架。顾名思义,BRFW就是在运行时取得bean信息的框架。

2.BRFW的功能:
A.源代码级annotation:在bean的源代码中使用annotation定义bean的信息;
B.运行时获取bean数据:在运行时分析bean class中的annotation,并将当前bean class中field信息取出,功能类似xdoclet;
C.运行时bean数据的xml绑定:将获得的bean数据构造为xml文件格式展现。熟悉j2ee的朋友知道,这个功能类似jaxb。

3.BRFW框架:
BRFW主要包含以下几个类:
A.Persistent类:定义了用于修饰类的固有类型成员变量的annotation。
B.Exportable类:定义了用于修饰Class的类型的annotation。
C.ExportToXml类:核心类,用于完成BRFW的主要功能:将具有Exportable Annotation的bean对象转换为xml格式文本。
D.AddressForTest类:被A和B修饰过的用于测试目的的地址bean类。其中包含了地址定义所必需的信息:国家、省级、城市、街道、门牌等。
E.AddressListForTest类:被A和B修饰过的友人通讯录bean类。其中包含了通讯录所必备的信息:友人姓名、年龄、电话、住址(成员为AddressForTest类型的 ArrayList)、备注。需要说明的是电话这个bean成员变量是由字符串类型组成的ArrayList类型。由于朋友的住址可能不唯一,故这里的住址为由AddressForTest类型组成的ArrayList。
从上面的列表中,可以发现A、B用于修饰bean类和其类成员;C主要用于取出bean类的数据并将其作xml绑定,代码中使用了E作为测试类;E中可能包含着多个D。
在了解了这个简单框架后,我们来看一下BRFW的代码吧!

4.BRFW源代码分析:
A.Persistent类:
清单1:

package com.bjinfotech.practice.annotation.runtimeframework;

import java.lang.annotation.*;

/**
* 用于修饰类的固有类型成员变量的annotation
* @author cleverpig
*
*/
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.FIELD)
public @interface Persistent {
        String value() default "";
}


B.Exportable类:
清单2:

package com.bjinfotech.practice.annotation.runtimeframework;

import java.lang.annotation.*;

/**
* 用于修饰类的类型的annotation
* @author cleverpig
*
*/
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Exportable {
        //名称
        String name() default "";
        //描述
        String description() default "";
        //省略name和description后,用来保存name值
        String value() default "";
        
}


C.AddressForTest类:
清单3:

package com.bjinfotech.practice.annotation.runtimeframework;

/**
* 用于测试的地址类
* @author cleverpig
*
*/
@Exportable("address")
public class AddressForTest {
        //国家
        @Persistent
        private String country=null;
        
        //省级
        @Persistent
        private String province=null;
        
        //城市
        @Persistent
        private String city=null;
        
        //街道
        @Persistent
        private String street=null;

        //门牌
        @Persistent
        private String doorplate=null;
        
        public AddressForTest(String country,String province,
                        String city,String street,String doorplate){
                this.country=country;
                this.province=province;
                this.city=city;
                this.street=street;
                this.doorplate=doorplate;
        }
        
}


D.AddressListForTest类:
清单4:

package com.bjinfotech.practice.annotation.runtimeframework;

import java.util.*;

/**
* 友人通讯录
* 包含:姓名、年龄、电话、住址(多个)、备注
* @author cleverpig
*
*/
@Exportable(name="addresslist",description="address list")
public class AddressListForTest {
        //友人姓名
        @Persistent
        private String friendName=null;
        
        //友人年龄
        @Persistent
        private int age=0;
        
        //友人电话
        @Persistent
        private ArrayList<String> telephone=null;
        
        //友人住址:家庭、单位
        @Persistent
        private ArrayList<AddressForTest> AddressForText=null;
        
        //备注
        @Persistent
        private String note=null;
        
        public AddressListForTest(String name,int age,
                        ArrayList<String> telephoneList,
                        ArrayList<AddressForTest> addressList,
                        String note){
                this.friendName=name;
                this.age=age;
                this.telephone=new ArrayList<String>(telephoneList);
                this.AddressForText=new ArrayList<AddressForTest>(addressList);
                this.note=note;
                
        }
}


E.ExportToXml类:
清单5:

package com.bjinfotech.practice.annotation.runtimeframework;

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.ArrayList;

/**
* 将具有Exportable Annotation的对象转换为xml格式文本
* @author cleverpig
*
*/
public class ExportToXml {
        /**
         * 返回对象的成员变量的值(字符串类型)
         * @param field 对象的成员变量
         * @param fieldTypeClass 对象的类型
         * @param obj 对象
         * @return 对象的成员变量的值(字符串类型)
         */
        private String getFieldValue(Field field,Class fieldTypeClass,Object obj){
                String value=null;
                
                try{
                        if (fieldTypeClass==String.class){
                                value=(String)field.get(obj);
                        }
                        else if (fieldTypeClass==int.class){
                                value=Integer.toString(field.getInt(obj));
                        }
                        else if (fieldTypeClass==long.class){
                                value=Long.toString(field.getLong(obj));
                        }
                        else if (fieldTypeClass==short.class){
                                value=Short.toString(field.getShort(obj));
                        }
                        else if (fieldTypeClass==float.class){
                                value=Float.toString(field.getFloat(obj));
                        }
                        else if (fieldTypeClass==double.class){
                                value=Double.toString(field.getDouble(obj));
                        }
                        else if (fieldTypeClass==byte.class){
                                value=Byte.toString(field.getByte(obj));
                        }
                        else if (fieldTypeClass==char.class){
                                value=Character.toString(field.getChar(obj));
                        }
                        else if (fieldTypeClass==boolean.class){
                                value=Boolean.toString(field.getBoolean(obj));
                        }
                }
                catch(Exception ex){
                        ex.printStackTrace();
                        value=null;
                }
                return value;
        }
        
        /**
         * 输出对象的字段,当对象的字段为Collection或者Map类型时,要调用exportObject方法继续处理
         * @param obj 被处理的对象
         * @throws Exception
         */
        public void exportFields(Object obj) throws Exception{
                Exportable exportable=obj.getClass().getAnnotation(Exportable.class);        
                if (exportable!=null){
                        if (exportable.value().length()>0){
//                                System.out.println("Class annotation Name:"+exportable.value());
                        }
                        else{
//                                System.out.println("Class annotation Name:"+exportable.name());
                        }
                }
                else{
//                        System.out.println(obj.getClass()+"类不是使用Exportable标注过的");
                }
                
                //取出对象的成员变量
                Field[] fields=obj.getClass().getDeclaredFields();
                
                for(Field field:fields){
                        //获得成员变量的标注
                        Persistent fieldAnnotation=field.getAnnotation(Persistent.class);
                        if (fieldAnnotation==null){
                                continue;
                        }
                        //重要:避免java虚拟机检查对私有成员的访问权限
                        field.setAccessible(true);
                        Class typeClass=field.getType();
                        String name=field.getName();
                        String value=getFieldValue(field,typeClass,obj);
                        
                        //如果获得成员变量的值,则输出
                        if (value!=null){
                                System.out.println(getIndent()+"<"+name+">\n"
                                                +getIndent()+"\t"+value+"\n"+getIndent()+"</"+name+">");
                        }
                        //处理成员变量中类型为Collection或Map
                        else if ((field.get(obj) instanceof Collection)||
                                        (field.get(obj) instanceof Map)){
                                exportObject(field.get(obj));
                        }
                        else{
                                exportObject(field.get(obj));
                        }
                        
                }
        }
        
        //缩进深度
        int levelDepth=0;
        //防止循环引用的检查者,循环引用现象如:a包含b,而b又包含a
        Collection<Object> cyclicChecker=new ArrayList<Object>();
        
        /**
         * 返回缩进字符串
         * @return
         */
        private String getIndent(){
                String s="";
                for(int i=0;i<levelDepth;i++){
                        s+="\t";
                }
                return s;
        }
        /**
         * 输出对象,如果对象类型为Collection和Map类型,则需要递归调用exportObject进行处理
         * @param obj
         * @throws Exception
         */
        public void exportObject(Object obj) throws Exception{
                Exportable exportable=null;
                String elementName=null;
                
                //循环引用现象处理
                if (cyclicChecker.contains(obj)){
                        return;
                }
                
                cyclicChecker.add(obj);
                
                //首先处理Collection和Map类型
                if (obj instanceof Collection){
                        for(Iterator i=((Collection)obj).iterator();i.hasNext();){
                                exportObject(i.next());
                        }
                }
                else if (obj instanceof Map){
                        for(Iterator i=((Map)obj).keySet().iterator();i.hasNext();){
                                exportObject(i.next());
                        }
                }
                else{

                        exportable=obj.getClass().getAnnotation(Exportable.class);
                        //如果obj已经被Exportable Annotation修饰过了(注意annotation是具有继承性的),
                        //则使用其name作为输出xml的元素name
                        if (exportable!=null){
                                if (exportable.value().length()>0){
                                        elementName=exportable.value();
                                }
                                else{
                                        elementName=exportable.name();
                                }
                        }
                        //未被修饰或者Exportable Annotation的值为空字符串,
                        //则使用类名作为输出xml的元素name
                        if (exportable==null||elementName.length()==0){
                                elementName=obj.getClass().getSimpleName();
                        }
                        //输出xml元素头
                        System.out.println(getIndent()+"<"+elementName+">");
                        levelDepth++;
                        //如果没有被修饰,则直接输出其toString()作为元素值
                        if (exportable==null){
                                System.out.println(getIndent()+obj.toString());
                        }
                        //否则将对象的成员变量导出为xml
                        else{
                                exportFields(obj);
                        }
                        levelDepth--;
                        //输出xml元素结尾
                        System.out.println(getIndent()+"</"+elementName+">");
                        
                }
                cyclicChecker.remove(obj);
        }
        
        public static void main(String[] argv){
                try{
                        AddressForTest ad=new AddressForTest("China","Beijing",
                                        "Beijing","winnerStreet","10");
                        
                        ExportToXml test=new ExportToXml();
                        
                        ArrayList<String> telephoneList=new ArrayList<String>();
                        telephoneList.add("66608888");
                        telephoneList.add("66608889");
                        
                        ArrayList<AddressForTest> adList=new ArrayList<AddressForTest>();
                        adList.add(ad);
                        
                        AddressListForTest adl=new AddressListForTest("coolBoy",
                                        18,telephoneList,adList,"some words");
                        
                        test.exportObject(adl);
                }
                catch(Exception ex){
                        ex.printStackTrace();
                }
        }
}


在ExportToXml 类之前的类比较简单,这里必须说明一下ExportToXml类:此类的核心函数是exportObject和exportFields方法,前者输出对象的xml信息,后者输出对象成员变量的信息。由于对象类型和成员类型的多样性,所以采取了以下的逻辑:

在exportObject方法中,当对象类型为Collection和Map类型时,则需要递归调用exportObject进行处理;
而如果对象类型不是Collection和Map类型的话,将判断对象类是否被Exportable annotation修饰过:
如果没有被修饰,则直接输出<对象类名>对象.toString()</对象类名>作为xml绑定结果的一部分;
如果被修饰过,则需要调用exportFields方法对对象的成员变量进行xml绑定。

在exportFields 方法中,首先取出对象的所有成员,然后获得被Persisitent annotation修饰的成员。在其后的一句:field.setAccessible(true)是很重要的,因为bean类定义中的成员访问修饰都是private,所以为了避免java虚拟机检查对私有成员的访问权限,加上这一句是必需的。接着后面的语句便是输出<成员名>成员值 </成员名>这样的xml结构。像在exportObject方法中一般,仍然需要判断成员类型是否为Collection和Map类型,如果为上述两种类型之一,则要在exportFields中再次调用exportObject来处理这个成员。

在main方法中,本人编写了一段演示代码:建立了一个由单个友人地址类(AddressForTest)组成的ArrayList作为通讯录类(AddressForTest)的成员的通讯录对象,并且输出这个对象的xml绑定,运行结果如下:

清单6:

<addresslist>
        <friendName>
                coolBoy
        </friendName>
        <age>
                18
        </age>
        <String>
                66608888
        </String>
        <String>
                66608889
        </String>
        <address>
                <country>
                        China
                </country>
                <province>
                        Beijing
                </province>
                <city>
                        Beijing
                </city>
                <street>
                        winnerStreet
                </street>
                <doorplate>
                        10
                </doorplate>
        </address>
        <note>
                some words
        </note>
</addresslist>


三、APT实例分析:
1.何谓APT?
根据sun官方的解释,APT(annotation processing tool)是一个命令行工具,它对源代码文件进行检测找出其中的annotation后,使用annotation processors来处理annotation。而annotation processors使用了一套反射API并具备对JSR175规范的支持。
annotation processors处理annotation的基本过程如下:首先,APT运行annotation processors根据提供的源文件中的annotation生成源代码文件和其它的文件(文件具体内容由annotation processors的编写者决定),接着APT将生成的源代码文件和提供的源文件进行编译生成类文件。
简单的和前面所讲的annotation 实例BRFW相比,APT就像一个在编译时处理annotation的javac。而且从sun开发者的blog中看到,java1.6 beta版中已将APT的功能写入到了javac中,这样只要执行带有特定参数的javac就能达到APT的功能。

2.为何使用APT?
使用APT主要目的是简化开发者的工作量,因为APT可以在编译程序源代码的同时,生成一些附属文件(比如源文件、类文件、程序发布描述文字等),这些附属文件的内容也都是与源代码相关的。换句话说,使用APT就是代替了传统的对代码信息和附属文件的维护工作。使用过hibernate或者beehive等软件的朋友可能深有体会。APT可以在编译生成代码类的同时将相关的文件写好,比如在使用beehive时,在代码中使用annotation声明了许多 struct要用到的配置信息,而在编译后,这些信息会被APT以struct配置文件的方式存放。

3.如何定义processor?
A.APT工作过程:
从整个过程来讲,首先APT检测在源代码文件中哪些annotation存在。然后APT将查找我们编写的annotation processor factories类,并且要求factories类提供处理源文件中所涉及的annotation的annotation processor。接下来,一个合适的annotation processors将被执行,如果在processors生成源代码文件时,该文件中含有annotation,则APT将重复上面的过程直到没有新文件生成。

B.编写annotation processors:
编写一个annotation processors需要使用java1.5 lib目录中的tools.jar提供的以下4个包:
com.sun.mirror.apt: 和APT交互的接口;
com.sun.mirror.declaration: 用于模式化类成员、类方法、类声明的接口;
com.sun.mirror.type: 用于模式化源代码中类型的接口;
com.sun.mirror.util: 提供了用于处理类型和声明的一些工具。

每个processor实现了在com.sun.mirror.apt包中的AnnotationProcessor接口,这个接口有一个名为 “process”的方法,该方法是在APT调用processor时将被用到的。一个processor可以处理一种或者多种annotation类型。
一个processor实例被其相应的工厂返回,此工厂为AnnotationProcessorFactory接口的实现。APT将调用工厂类的getProcessorFor方法来获得processor。在调用过程中,APT将提供给工厂类一个 AnnotationProcessorEnvironment 类型的processor环境类对象,在这个环境对象中,processor将找到其执行所需要的每件东西,包括对所操作的程序结构的参考,与APT通讯并合作一同完成新文件的建立和警告/错误信息的传输。

提供工厂类有两个方式:通过APT的“-factory”命令行参数提供,或者让工厂类在APT的发现过程中被自动定位(关于发现过程详细介绍请看http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/guide/apt/GettingStarted.html)。前者对于一个已知的factory来讲是一种主动而又简单的方式;而后者则是需要在jar文件的META-INF/services目录中提供一个特定的发现路径:
在包含factory类的jar文件中作以下的操作:在META-INF/services目录中建立一个名为 com.sun.mirror.apt.AnnotationProcessorFactory 的UTF-8编码文件,在文件中写入所有要使用到的factory类全名,每个类为一个单独行。

4.一个简单的APT实例分析:
A.实例构成:
Review类:定义Review Annotation;
ReviewProcessorFactory类:生成ReviewProcessor的工厂类;
ReviewProcessor类:定义处理Review annotation的Processor;
ReviewDeclarationVisitor类:定义Review annotation声明访问者,ReviewProcessor将要使用之对Class进行访问。
runapt.bat:定义了使用自定义的ReviewProcessor对Review类源代码文件进行处理的APT命令行。

B.Review类:
清单7:

package com.bjinfotech.practice.annotation.apt;

/**
* 定义Review Annotation
* @author cleverpig
*
*/
public @interface Review {
        public static enum TypeEnum{EXCELLENT,NICE,NORMAL,BAD};
        TypeEnum type();
        String name() default "Review";
}


C.ReviewProcessorFactory类:
清单8:

package com.bjinfotech.practice.annotation.apt;

import java.util.Collection;
import java.util.Set;
import java.util.Arrays;
import com.sun.mirror.apt.*;
import com.sun.mirror.declaration.AnnotationTypeDeclaration;
import com.sun.mirror.apt.AnnotationProcessorEnvironment;
//请注意为了方便,使用了静态import
import static java.util.Collections.unmodifiableCollection;
import static java.util.Collections.emptySet;

/**
* 生成ReviewProcessor的工厂类
* @author cleverpig
*
*/
public class ReviewProcessorFactory implements AnnotationProcessorFactory{
        /**
         * 获得针对某个(些)类型声明定义的Processor
         * @param atds 类型声明集合
         * @param env processor环境
         */
        public AnnotationProcessor getProcessorFor(
                        Set<AnnotationTypeDeclaration> atds,
                        AnnotationProcessorEnvironment env){
                return new ReviewProcessor(env);
        }
        /**
         * 定义processor所支持的annotation类型
         * @return processor所支持的annotation类型的集合
         */
        public Collection<String>         supportedAnnotationTypes(){
                //“*”表示支持所有的annotation类型
                //当然也可以修改为“foo.bar.*”、“foo.bar.Baz”,来对所支持的类型进行修饰
            return unmodifiableCollection(Arrays.asList("*"));
    }
        
        /**
         * 定义processor支持的选项
         * @return processor支持选项的集合
         */
        public Collection<String>         supportedOptions(){
                //返回空集合
            return emptySet();
    }
        
        public static void main(String[] argv){
                System.out.println("ok");
        }
}


D.ReviewProcessor类:
清单9:

package com.bjinfotech.practice.annotation.apt;

import com.sun.mirror.apt.AnnotationProcessor;
import com.sun.mirror.apt.AnnotationProcessorEnvironment;
import com.sun.mirror.declaration.TypeDeclaration;
import com.sun.mirror.util.DeclarationVisitors;
import com.sun.mirror.util.DeclarationVisitor;

/**
* 定义Review annotation的Processor
* @author cleverpig
*
*/
public class ReviewProcessor implements AnnotationProcessor{
        //Processor所工作的环境
        AnnotationProcessorEnvironment env=null;
        
        /**
         * 构造方法
         * @param env 传入processor环境
         */
        public ReviewProcessor(AnnotationProcessorEnvironment env){
                this.env=env;
        }
        
        /**
         * 处理方法:查询processor环境中的类型声明,
         */
        public void process(){
                //查询processor环境中的类型声明
                for(TypeDeclaration type:env.getSpecifiedTypeDeclarations()){
                        //返回对类进行扫描、访问其声明时使用的DeclarationVisitor,
                        //传入参数:new ReviewDeclarationVisitor(),为扫描开始前进行的对类声明的处理
                        //        DeclarationVisitors.NO_OP,表示在扫描完成时进行的对类声明不做任何处理
                        DeclarationVisitor visitor=DeclarationVisitors.getDeclarationScanner(
                                        new ReviewDeclarationVisitor(),DeclarationVisitors.NO_OP);
                        //应用DeclarationVisitor到类型
                        type.accept(visitor);
                }
        }
}


E.ReviewDeclarationVisitor类:
清单10:

package com.bjinfotech.practice.annotation.apt;

import com.sun.mirror.util.*;
import com.sun.mirror.declaration.*;

/**
* 定义Review annotation声明访问者
* @author cleverpig
*
*/
public class ReviewDeclarationVisitor extends SimpleDeclarationVisitor{
        /**
         * 定义访问类声明的方法:打印类声明的全名
         * @param cd 类声明对象
         */
        public void visitClassDeclaration(ClassDeclaration cd){
                System.out.println("获取Class声明:"+cd.getQualifiedName());
        }
        
        public void visitAnnotationTypeDeclaration(AnnotationTypeDeclaration atd){
                System.out.println("获取Annotation类型声明:"+atd.getSimpleName());
        }
        
        public void visitAnnotationTypeElementDeclaration(AnnotationTypeElementDeclaration aed){
                System.out.println("获取Annotation类型元素声明:"+aed.getSimpleName());
        }
}


F.runapt.bat文件内容如下:
清单11:

E:
rem 项目根目录
set PROJECT_ROOT=E:\eclipse3.1RC3\workspace\tigerFeaturePractice
rem 包目录路径
set PACKAGEPATH=com\bjinfotech\practice\annotation\apt
rem 运行根路径
set RUN_ROOT=%PROJECT_ROOT%\build
rem 源文件所在目录路径
set SRC_ROOT=%PROJECT_ROOT%\test
rem 设置Classpath
set CLASSPATH=.;%JAVA_HOME%;%JAVA_HOME%/lib/tools.jar;%RUN_ROOT%

cd %SRC_ROOT%\%PACKAGEPATH%
apt -nocompile -factory com.bjinfotech.practice.annotation.apt.ReviewProcessorFactory  ./*.java


四、参考资源:
http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/guide/apt/GettingStarted.html

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