Java Annotation原理分析(四) -- 实现原理分析

转载：http://blog.csdn.net/blueheart20/article/details/18810693

7.1 实现综述

   在我们了解完了Annotation诸多的基础知识之后，不禁会想，Annotation是如何在代码和系统中被处理和执行的？

   首先，我们来看一下，Annotation的RetentionPolicy支持三种不同的类型：

•    SourceCode

                写在源代码中，在编译之时，就被会抛弃掉。

•    Class

               写在源代码中，在编译过程中，被保留到class文件中，具体按照什么样的格式被保存到class文件之内，这里就没有深究了。

               在代码运行过程中，VM（Java virtual machine)就不再使用Annotation信息。 这里仅在编译阶段中使用。

•    Runtime
  

               信息被写入class文件中，在系统运行过程中，被VM提取。通过Reflective API来读取相应的信息。

      基于上面的三种策略，就会有相应的三种对应的解析方法：

•    Source Code

                主要解析： 代码编译器，从代码中生成文档，读取java源码文件等等，特点是Annotation信息仅在源代码中存在。

•    Class

                 基于java代码编译之后的字节码，直接读取Class中的信息。 常用的工具有：asm, javaasist,cglib等。

•    Runtime
  

                 基于Java提供反射接口，读取允许在Runtime读取的Annotation。

    我们把研究的重点放在如何利用上述的这些特点去完成相应的动作，进而起到简化编程，提高开发效率的目的。

    7.2 Runtime的处理

           Runtime的处理主要依赖于反射的接口，在字节码中寻找Annotation的接口和输入参数，提取其内容和数值。大部分的情况下是基于代理模式，动态生成相应的代理类实例，然后通过代理类，调用相应的InvocationHandler，在InvocationHandler之内完成Annotation所要执行的动作；然后再继续调用原来的方法，继续执行。

         这里以AnnotationListenerFor这个Annotation的实现机理为例，来讲解如何完成自定义的Annotation解析过程。这里示例是基于@ActionListenerFor动态给标注的方法，注册到按钮的事件监听器中。

       1.  定义Annotation

 @Target(ElementType.METHOD)
 //标注运行阶段
 @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
 public @interface ActionListenerFor {
      String source();  //变量
 }

   该Annotation的作用，就是给基于标注的方法，以ActionListener的接口方式，注册方法到相应的按钮事件中。就是将按钮的点击事件处理，由该方法来完成。

     2.  使用Annotation的ButtonFrame

 public class ButtonFrame extends JFrame {
      public ButtonFrame()  {
        ///.....省略代码
        ///调用Annotation处理类，
        ActionListenerInstaller.processAnnotations(this);
      }

    @ActionListenerFor(source = "yellowButton")
    public void yellowBackground()  {
       panel.setBackground(Color.YELLOW);
    }
 }

   这个类就是使用Annotation的示例类， @ActionListenerFor标注方法。 具体的处理类的调用放到了构造函数里，在实际的代码中，在何处调用Annotation的处理逻辑，按照实际情况而定，不一而足。

    3.  Annotation逻辑处理类ActionListenerInstaller

          首先，我们来看一下processAnnotation（）这个方法，以下是这个方法的主要内容，入口参数是obj.

 public static void processAnnotations(Object obj) {
                  Class<?> cl = obj.getClass();
              for (Method m : cl.getDeclaredMethods())  //遍历方法
              {
                 ActionListenerFor a = m.getAnnotation(ActionListenerFor.class);//获取Annotation
                 if (a != null)  //判断是否存在
                 {
                        //例如，这里会是yellowButton
                        Field f = cl.getDeclaredField(a.source());
                    f.setAccessible(true); //如果是私有，可以将私有变量，设置为可以访问.
                    addListener(f.get(obj), obj, m);
                 }
              }
   }

    这里就是遍历方法，找到相应的Annotation，读取source值，并执行addListener的操作。

     下面我们来看一下addListener是如何实现动态的行为注册的。

 public static void addListener(Object source, final Object param, final Method m)
          throws ReflectiveOperationException
    {
       InvocationHandler handler = new InvocationHandler() {//Annotation的Handler，这里操作没有定义，作为示例
             public Object invoke(Object proxy, Method mm, Object[] args) throws Throwable {
                return m.invoke(param);
             }
          };
              //定义ActionListener的代理类，并将代理操作委托给handler
              Object listener = Proxy.newProxyInstance(null,new Class[] { java.awt.event.ActionListener.class }, handler);
       Method adder = source.getClass().getMethod("addActionListener", ActionListener.class);
       adder.invoke(source, listener); //将ActionListener的监听器绑定到yelloButton之类的对象里，调用addActionListener完成。
    }

     这里首先定义了一个InvocationHandler，在handler里，可以定义在调用实际的方法之前，要做的处理。  接下基于Proxy创建代理的实例对象，然后将代理对象，绑定要最终的对象上去，调用addActionListener来完成。

    完成的示例，可以参考github上的项目： https://github.com/bladestone01/SampleCode.

   7.3 基于Processor对源代码中的Annotation进行处理

     在Java 6之中，集成了AbstractProcessor/Processor的接口来方便用户使用，以便对代码中的Annotation进行处理。

     首先，定义一个Annotation。

 @Documented
 @Target(ElementType.METHOD)
 @Retention(RetentionPolicy.SOURCE)  //仅使用于源代码.
 public @interface Property {
    String editor() default "";
 }

    定义Processor，扩展点有两个，Processor或者AbstractProcessor，这里使用后者。

 @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv)
    {
      /// 代码处理。
    }

     这里仅仅列出方法体，具体的代码处理过程，就不再赘述。在这个processor之内用户可以根据自己需要，比如，生成新的类，或者做检验等等

     在github的项目代码中，给出了创建BeanInfo的例子，比较简单，感兴趣的读者，可以自己读读看。

     在创建完成之后，如何来使用呢？这里给命令行的使用方法，至于代码级别的自动化执行，读者可自行完成。

 javac BeanInfoAnnotationProcessor.java

 javac -processor BeanInfoAnnotationProcessor ChartBean.java

    7.4  基于字节码动态修改class

        可以借助第三方的类库来进行动态修改class文件的动作，这里不再详细讲述。

         可用的第三方类库： asm, cglib, javaassit.

   7,5  总结

      虽然Java语言层面上，支持Annotation，但是用户在定义Annotation，并实现相应的处理Handler还是需要一定工作量，总体而言，还不是非常的简便。

     这里将核心步骤总结一下，主要针对Runtime之时的Annotation解析器。

     1.  定义Annotation

     2.  定义Annotation的处理器类

     3.  创建InvocationHandler予以处理具体的逻辑

     4.  基于Proxy.newProxyInstance()创建代理，并将代理实例绑定到Invocationhandler的实例上

     5.  选择合适的调用Annotation的时机和切入点。

说明： 上述的代码示例是参照CoreJava Volume II（9th)之第10章的内容。 感兴趣的读者，可以自行阅读书中相关内容。

参考文档：

0.  Core Java Volume II, 9th,  10 chapter. 

1.  http://www.zdnet.com/writing-and-processing-custom-annotations-part-3-2039362483/

2.  http://yourmitra.wordpress.com/2008/02/15/java-custom-annotations-runtime-and-compile-build-time-processing/

3.  http://dyutiman.wordpress.com/2012/08/24/custom-annotation-processing-for-web-application/

4.  http://www.angelikalanger.com/Conferences/Slides/JavaAnnotationProcessing-JSpring-2008.pdf

5.  http://deors.wordpress.com/2011/10/08/annotation-processors/