每天学习一点点之注解处理器 APT-编程知识

APT（Annotation Processing Tool）是一种处理注解的工具，它能够对源代码文件进行检测并找出其中的注解，然后对其进行额外的处理。由于注解处理过程是在编译时完成的，并不会影响程序的运行时性能。

APT 能做什么？

APT 主要用于在编译时生成、修改或者处理代码。它可以用于创建新的源文件，但不能修改已经存在的源文件。一般有这么几种常用场景：

生成源代码：但是要注意这跟 Lombok 还是有一定区别的，Lombok 可以修改已经存在的类，这是 APT 无法做到的
编译时检查：APT 可以用于检查代码中的错误或者潜在问题。
生成文档：APT 可以用于从注解中提取信息，然后生成文档。

APT 工作流程

APT 的工作流程可以分为以下几个步骤：

收集源文件：APT 首先会收集所有的源文件。
解析源文件：然后，APT 会解析源文件，找出其中的注解。
调用注解处理器：对于每个找到的注解，APT 会调用相应的注解处理器。
生成源文件：注解处理器可以生成新的源文件。
编译源文件：最后，APT 会编译所有的源文件（包括原来的源文件和新生成的源文件）。

APT 在 Spring Boot Configuration Processor 中的使用

Spring Boot Configuration Processor是一个在编译时生成额外的元数据文件的工具，这些文件可以提供给IDE，以便在编辑 application.properties 或 application.yml 文件时提供自动完成和其他辅助功能。它也是基于 APT 在编译时扫描源代码，并生成这些元数据文件。

可以查看 ConfigurationMetadataAnnotationProcessor类，它是注解处理器，在编译时被调用：

//这个方法在每一轮注解处理中被调用。它首先找到所有的@ConfigurationProperties注解的类，然后对每一个类生成元数据	
@Overridepublic boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations,RoundEnvironment roundEnv) {this.metadataCollector.processing(roundEnv);Elements elementUtils = this.processingEnv.getElementUtils();TypeElement annotationType = elementUtils.getTypeElement(configurationPropertiesAnnotation());if (annotationType != null) { // Is @ConfigurationProperties availablefor (Element element : roundEnv.getElementsAnnotatedWith(annotationType)) {processElement(element);}}TypeElement endpointType = elementUtils.getTypeElement(endpointAnnotation());if (endpointType != null) { // Is @Endpoint availablegetElementsAnnotatedOrMetaAnnotatedWith(roundEnv, endpointType).forEach(this::processEndpoint);}if (roundEnv.processingOver()) {try {writeMetaData();}catch (Exception ex) {throw new IllegalStateException("Failed to write metadata", ex);}}return false;}

APT 使用示例

这里基于 APT 实现一个注解，用于生成 Builder 模式代码的注解处理器。

首先需要定义一个注解：

/*** @author Dongguabai* @description* @date 2024-03-27 20:49*/
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface GenerateGettersSetters {
}

然后需要定义一个注解处理器。注解处理器需要继承 AbstractProcessor 类，并重写 process 方法。

/*** @author dongguabai* @date 2024-03-28 13:58*/
@SupportedAnnotationTypes("io.github.dongguabai.apt.BuilderProperty")
@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8)
public class BuilderProcessor extends AbstractProcessor {@Overridepublic boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {for (Element element : roundEnv.getElementsAnnotatedWith(BuilderProperty.class)) {if (element.getKind() == ElementKind.METHOD) {ExecutableElement method = (ExecutableElement) element;String className = ((TypeElement) method.getEnclosingElement()).getSimpleName().toString();String fullClassName = ((TypeElement) method.getEnclosingElement()).getQualifiedName().toString();String packageName = ((PackageElement) method.getEnclosingElement().getEnclosingElement()).getQualifiedName().toString();String methodName = method.getSimpleName().toString();String parameterType = method.getParameters().get(0).asType().toString();try {JavaFileObject file = processingEnv.getFiler().createSourceFile(packageName + "." + className + "Builder");try (Writer writer = file.openWriter()) {writer.write("package " + packageName + ";\n\n");writer.write("public class " + className + "Builder {\n");writer.write("    private " + fullClassName + " instance = new " + fullClassName + "();\n");writer.write("    public " + className + "Builder " + methodName + "(" + parameterType + " value) {\n");writer.write("        instance." + methodName + "(value);\n");writer.write("        return this;\n");writer.write("    }\n");writer.write("    public " + fullClassName + " build() {\n");writer.write("        return instance;\n");writer.write("    }\n");writer.write("}\n");}} catch (IOException e) {processingEnv.getMessager().printMessage(Diagnostic.Kind.ERROR, e.getMessage());}}}return true;}
}

我这里将这个注解打成 JAR：

➜  apt-demo git:(master) ✗ mvn clean install
...
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] BUILD SUCCESS
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] Total time: 3.760 s
[INFO] Finished at: 2024-03-27T21:09:10+08:00
[INFO] Final Memory: 19M/192M
[INFO] ------------------------------------------------------------------------

在 User 类中使用这个注解：

/*** @author dongguabai* @date 2024-03-28 14:47*/
public class User {private String username;public String getUsername() {return username;}@BuilderPropertypublic void setUsername(String username) {this.username = username;}
}

可以看到编译后自动生成了 UserBuilder：

在这里插入图片描述

总结

APT 是一个可以在编译阶段发挥作用的强大工具，它能够识别并处理源代码中的注解。APT 的主要用途包括生成新的源代码、执行编译时检查以及生成文档等。APT 能够生成新的源代码文件，但它无法修改已经存在的源文件，此外如果我们的项目需要使用 APT 生成的代码，可能还需要通过反射来处理，这其实也不太方便。

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