如何在 Android 中完成一个 APT 项目的开发？

前言

APT(Annotation Processing Tool)即注解处理器，是一种处理注解的工具。

APT在编译时期扫描处理源代码中的注解，开发中可以根据注解，利用APT自动生成Java代码，减少冗余的代码和手动的代码输入过程，提升了编码效率，同时使源代码看起来更清晰简洁，可读性提升。

目前，很多第三方开源框架采用APT技术，以减少开发者的重复工作。常见的如ButterKnife、EventBus等。

本文侧重于实际应用的讲解，以Android APP开发过程中一个常见的页面跳转场景为示例，从搭建项目、APT数据与功能介绍、提取数据和自动化生成代码几个过程，逐步讲解如何完成一个APT项目的开发。

APT的概念

APT即注解处理器(Annotation Processor Tool)，是javac内置的一个用于编译时扫描和处理注解的工具。简单的说，在源代码编译阶段，通过注解处理器，我们可以获取源文件内注解相关内容。

由于注解处理器可以在程序编译阶段工作，所以我们可以在编译期间通过注解处理器进行我们需要的操作。比较常用的用法就是在编译期间获取相关注解数据，然后动态生成代码源文件。

通常注解处理器是用于自动产生一些有规律性的重复代码，解决了手工编写重复代码的问题，大大提升编码效率。

目前很多比较著名的开源框架使用了此技术，如ButterKnife为开发人员解决了手动编写大量findViewById方法的问题。其它如GreenDao中使用的JDT与APT思想完全一致，只是IDE与工具不同。

使用场景举例

1.需求场景

在Android开发中，Activity的跳转是必不可少的操作。当需要通过Intent传递数据的时候，代码一般是如下所示：

Intent intent = new Intent(context, TestActivity.class);
intent.putExtra("id", id);
intent.putExtra("name", name);
intent.putExtra("is", is);
if (!(context instanceof Activity)) {intent.addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
}
startActivity(intent);

以及在TestActivity中的获取数据操作：

id = intent.getIntExtra("id", 0);
name = intent.getStringExtra("name");
is = intent.getBooleanExtra("is", false);

以上代码的问题在于，对于每个过程都需要编写类似的代码，重复性比较大，浪费时间。

在数据传递和解析时，key需要保持一致。我们可以用常量来代替，但将定义很多常量。

我们希望以上代码可以自动化生成，开发者只需要调用几个可读性更好的方法，即可实现上述过程。

2.分析

针对这个需求场景，我们需要实现的自动化功能如下：

（1）自动为TestActivity生成一个类，叫做TestActivityFastBundle；（2）提供构造者模式的链式调用，可以为需要的变量赋值；（3）提供一个build方法，可以返回一个Intent对象；（4）可以跳转到Activity，支持startActivity或startActivityForResult；（5）支持调用一个接口解析Intent中传递的数据，并赋值给Activity。

我们期望简化后调用时候是这样的，这将跳转到TestActivity：

new TestActivityFastBundle().id(1).is(true).name("user").launch(this); // 或者使用launchForResult

在TestActivity中，我们期望调用：

new TestActivityFastBundle().bind(this, getIntent());

实现自动将Intent中的变量赋值给当前类中的变量。

搭建APT项目

1.创建一个Android Library，并创建自己需要的注解类。

举例：

@Retention(CLASS)
@Target(FIELD)
public @interface AutoBundle {boolean require() default false;
}

2.创建一个Java Library，引用步骤1中所创建的Android Library，并为这个Java Library添加依赖。

implementation 'com.google.auto.service:auto-service:1.0-rc2'

介绍一下这个库是做什么用的：

因为注解处理器是在编译期间进行工作，需要向编译器进行“注册”，让编译器知道需要使用哪个注解器处理数据。

如果不使用auto-service库，那么手动注册的方法如下：

1.在Library中创建resources文件夹； 2.在resources中创建META-INF和services两个文件夹； 3.在services中创建一个文件，命名为javax.annotation.processing.Processor； 4.在javax.annotation.processing.Processor文件中输入自己所创建的注解处理器类名（完整的，包括包名）。

3.创建自己的处理类，继承AbstractProcessor，并使用auto-service注册。

举例：

@AutoService(Processor.class)
public class AutoBundleProcessor extends AbstractProcessor

在创建AbstractProcessor子类后，我们需要重写其中的几个方法，来实现自己的处理逻辑：

@Override
public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnvironment)

Processor的初始化方法，在编译阶段会首先回调此方法，ProcessingEnvironment类包含了解析需要的数据对象，我们可以通过它获取到一系列我们需要的其他对象，进而获取到需要的数据。

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

process方法在编译过程中回调，在此我们可以获取到我们需要的类、对象及其对应的注解，在此可以分析并处理数据，最终生成我们需要的代码。

@Override
public Set<String> getSupportedAnnotationTypes()

getSupportedAnnotationTypes方法帮助我们获得所需要的注解类。我们将自己需要的类名放入Set中并返回给注解处理器，换句话说，在这里为注解处理器指定需要处理哪些注解。

4.在项目中引用

在主项目的gradle中引用包含注解的Android Library引用注解器所在的Java Library。由于kotlin的引入，建议使用kapt而非annotationProcessor。

举例：

kapt project(':libProce')

至此，工程整体结构已经搭建完成。

后续将介绍APT中各种类和对象的作用，以及如何实现我们需要的功能。

APT中的数据类型与概念

1.ProcessingEnvironment

当我们在子类中复写了AbstractProcessor的init方法时，其参数就是一个ProcessingEnvironment对象。它内部提供了实用的对象，如Elements、Types、Filer，在APT过程中都具有重要作用。我们可以获取到这些对象，来实现我们需要的功能。

2.Element

在APT阶段，任何事物都被称为元素。比如一个对象、一个类、一个方法、一个参数。在APT中，它们都被统一称为元素。Element本身是一个接口，也有多个子类，比如TypeElement、VariableElement，子类在其基础上增加了额外的接口方法来描述具体事物的特殊属性。

3.ElementKind

由于在APT中，任何事物都被称为元素，所以我们需要知道某个元素究竟是什么，这时候可以通过ElementKind判断。

ElementKind是一个枚举类。其中包括但不限于PACKAGE(包)、CLASS(类)、INTERFACE(接口)、FIELD(变量)、PARAMETER(参数)、METHOD(方法)等。这些都是我们开发中的基本概念。

4.Elements

Elements可以理解为一个工具类，它的功能就是操作Element对象，对Element对象进行一些处理或取值。

5.TypeElement

TypeElement是Element子类，它表示这个元素是一个类或者接口。当Element满足条件时候，可以强转为一个TypeElement对象。

6.VariableElement

VariableElement是Element子类，它表示这个元素是一个变量、常量、方法、构造器、参数等。当Element满足条件时候，可以强转为一个VariableElement对象。

7.Filer

Filer是一个文件操作的接口，它可以创建或写入一个Java文件。主要针对的是Java文件对象，和一般文件的区别在于这是专门处理Java类文件的，以.java或.class为后缀的文件。在APT过程中，如果我们自动化代码生成完毕，需要生成一个.java或.class文件的时候，就需要用到Filer。

8.Name

Name类是CharSequence的子类，主要表示类名、方法名。大部分情况下可以认为它和String等价。

9.Types

Types可以理解为一个工具类，是类型操作工具，在APT阶段，我们需要知道一个变量是int还是boolean，那将需要通过Types相关类处理。它可以操作TypeMirror对象。

10.TypeMirror

TypeMirror表示数据类型。比如基本类型int、boolean，也可以表示复杂数据类型，比如自定义类、数组、Parcelable等。

11.Modifier

即修饰词。比如声明一个变量时候，private static final这些均为修饰词。大部分被Android Studio标示为蓝色的都是修饰词（除了class int interface这些）。

注：如果一个类中的变量缺省作用范围，那么修饰词为default。

12.RoundEnvironment

当我们在子类中复写了AbstractProcessor的process方法时，其参数就是一个RoundEnvironment对象。可以通过RoundEnvironment对象获取到我们在代码中设置了相关注解的Element。

APT处理过程拆解

下面将以上文中所举出的场景，逐步对APT处理过程进行拆解，最终获取到我们需要的属性，为生成自动化代码做准备。

在TestActivity中的变量上设置注解：

@AutoBundle
public int id;
@AutoBundle
public String name;
@AutoBundle
public boolean is;

其中AutoBundle注解是我们自己定义的注解类。

初步设计好后，我们需要在process方法中重写我们的逻辑：

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

第一步：

获取所有被AutoBundle注解所声明的元素。这里我们知道，其实只有三个变量；

for (Element element : roundEnvironment.getElementsAnnotatedWith(AutoBundle.class)) {}

第二步：

对每个循环中的Element对象，获取其数据信息；

if (element.getKind() == ElementKind.FIELD) {// 可以安全地进行强转，将Element对象转换为一个VariableElement对象VariableElement variableElement = (VariableElement) element; // 获取变量所在类的信息TypeElement对象TypeElement typeElement = (TypeElement) variableElement.getEnclosingElement();

variableElement中包含的数据包括修饰词、类型、变量名等；

typeElement中包含的数据包括类名、包名等。

 // 获取类名String className = typeElement.getSimpleName().toString();// 获取包名String packageName = elements.getPackageOf(typeElement).getQualifiedName().toString();// 获取变量上的注解信息AutoBundle autoBundle = variableElement.getAnnotation(AutoBundle.class);boolean require = autoBundle.require();// 获取变量名
Name name = variableElement.getSimpleName();// 获取变量类型
TypeMirror type = variableElement.asType();

对于我们上文定义的某个变量，比如：

@AutoBundle(require = true)
public int id;

那么获取到数据后：

require = true
name = “id”
type = int.class

其他两个变量同理。

三次循环将获取到我们需要的所有信息。

包括三个变量的注解值、变量名、类型。同时我们也获取到了TestActivity的类名和包名。可以对这些数据进行一些封装和缓存。接下来就可以自动化生成代码了。

我将上述变量值封装为ClassHoder与FieldHolder类中，ClassHolder保存了类名、包名等信息，FieldHolder保存了每个变量类型、变量名、注解等信息。下面将用这些保存好的数据，通过JavaPoet生成代码。

JavaPoet代码自动化生成

JavaPoet是Java代码自动生成框架，是一个github上的开源项目，地址：https://github.com/square/javapoet 。

JavaPoet简化了Java代码生成的开发难度，通过建造者模式，使调用更加人性化，可读性提升。具有自动import的功能，不需要再手动指定。

JavaPoet中，大部分数据类型使用了APT中通用的类型，结合APT自动化产生代码非常方便快速。

1.TypeSpec.Builder

TypeSpec.Builder是类的构建类，这里的类是广义上的，可以是一个class、interface、annotation等。

示例代码：

TypeSpec.Builder contentBuilder = TypeSpec.classBuilder("yourClassName")

2.MethodSpec.Builder

MethodSpec.Builder是方法的构建类。

示例代码：

MethodSpec.Builder bindMethodBuilder = MethodSpec.methodBuilder("yourMethodName")

3.FieldSpec.Builder

FieldSpec.Builder是变量的构建类。

示例代码：

FieldSpec.Builder fieldBuilder = FieldSpec.builder(ClassName.get(field.getType()), "yourFieldName", Modifier.PRIVATE)

4.JavaFile.Builder

示例代码：

JavaFile javaFile = JavaFile.builder(classHolder.getPackageName(), contentBuilder.build())
javaFile.writeTo(mFiler);

5.各类Builder的方法

6.代码生成示例

构造代码与生成结果示例1：

for (FieldHolder field : fields) {FieldSpec f = FieldSpec.builder(ClassName.get(field.getType()), field.getName(), Modifier.PRIVATE).build();
contentBuilder.addField(f);

private int id;
private String name;
private boolean is;

构造代码与生成结果示例2：

MethodSpec.Builder buildMethodBuilder = MethodSpec.methodBuilder("build").addModifiers(Modifier.PUBLIC).returns(ClassName.get("android.content", "Intent"));buildMethodBuilder.addParameter(ClassName.get("android.content", "Context"), "context");buildMethodBuilder.addStatement(String.format("Intent intent = new Intent(context, %s.class)", classHolder.getClassName()));for (FieldHolder field : fields) {buildMethodBuilder.addStatement(String.format("intent.putExtra(\"%s\", %s)", field.getName(), field.getName()));
}buildMethodBuilder.addCode("if (!(context instanceof $T)) {\n", ClassName.get("android.app", "Activity"));buildMethodBuilder.addStatement("intent.addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK)");buildMethodBuilder.addCode("}\n");buildMethodBuilder.addStatement("return intent");contentBuilder.addMethod(buildMethodBuilder.build());

public Intent build(Context context) {Intent intent = new Intent(context, TestActivity.class);intent.putExtra("id", id);intent.putExtra("name", name);intent.putExtra("is", is);if (!(context instanceof Activity)) {intent.addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);}return intent;
}

构造代码与生成结果示例3：

String fieldTypeName = field.getType().toString();3if (int.class.getName().equals(fieldTypeName)|| Integer.class.getName().equals(fieldTypeName)) {builder.addStatement(String.format("target.%s = intent.getIntExtra(\"%s\", 0)", field.getName(), field.getName()));} else if (String.class.getName().equals(fieldTypeName)) {builder.addStatement(String.format("target.%s = intent.getStringExtra(\"%s\")", field.getName(), field.getName()));} else if (boolean.class.getName().equals(fieldTypeName)|| Boolean.class.getName().equals(fieldTypeName)) {builder.addStatement(String.format("target.%s = intent.getBooleanExtra(\"%s\", false)", field.getName(), field.getName()));}

public void bind(TestActivity target, Intent intent) {target.id = intent.getIntExtra("id", 0);target.name = intent.getStringExtra("name");target.is = intent.getBooleanExtra("is", false);
}

7.将生成好的代码写入文件

JavaFile javaFile = JavaFile.builder(classHolder.getPackageName(), contentBuilder.build()).build();try {javaFile.writeTo(mFiler);
} catch (IOException e) {e.printStackTrace();
}