Java Annotation高级应用

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
作者的Blog:http://blog.matrix.org.cn/page/cleverpig