【騰訊Bugly乾貨分享】深入理解 ButterKnife,讓你的程式學會寫代碼

来源:http://www.cnblogs.com/bugly/archive/2016/07/18/5680517.html
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話說我們做程式員的,都應該多少是個懶人,我們總是想辦法驅使我們的電腦幫我們幹活,所以我們學會了各式各樣的語言來告訴電腦該做什麼——儘管,他們有時候也會誤會我們的意思。 ...


本文來自於騰訊bugly開發者社區,非經作者同意,請勿轉載,原文地址:http://dev.qq.com/topic/578753c0c9da73584b025875

0、引子

話說我們做程式員的,都應該多少是個懶人,我們總是想辦法驅使我們的電腦幫我們幹活,所以我們學會了各式各樣的語言來告訴電腦該做什麼——儘管,他們有時候也會誤會我們的意思。

突然有一天,我覺得有些代碼其實,可以按照某種規則生成,但你又不能不寫——不是所有的重覆代碼都可以通過重構並採用高端技術比如泛型來消除的——比如我最痛恨的代碼:

 TextView textView = (TextView) findViewById(R.id.text_view);
 Button button = (Button) findViewById(R.id.button);

這樣的代碼,你總不能不寫吧,真是讓人沮喪。突然想到以前背單詞的故事:正著背背不過 C,倒著背背不過 V。嗯,也許寫 Android app,也是寫不過 findViewById 的吧。。

我們今天要介紹的 ButterKnife 其實就是一個依托 Java 的註解機制來實現輔助代碼生成的框架,讀完本文,你將能夠瞭解到 Java 的註解處理器的強大之處,你也會對 dagger2 和 androidannotations 這樣類似的框架有一定的認識。

1、初識 ButterKnife

1.1 ButterKnife 簡介

說真的,我一直對於 findViewById 這個的東西有意見,後來見到了 Afinal 這個框架,於是我們就可以直接通過註解的方式來註入,哇塞,終於可以跟 findViewById 說『Byte Byte』了,真是好開心。

什麼?寨見不是介麽寫麽?

不過,畢竟是移動端,對於用反射實現註入的 Afinal 之類的框架,我們總是難免有一種發自內心的抵觸,於是。。。

title

別哭哈,不用反射也可以的~~

這個世界有家神奇的公司叫做 Square,裡面有個大神叫 Jake Wharton,開源了一個神奇的框架叫做 ButterKnife,這個框架雖然也採用了註解進行註入,不過人家可是編譯期生成代碼的方式,對運行時沒有任何副作用,果真見效快,療效好,只是編譯期有一點點時間成本而已。

說句題外話,現如今做 Android 如果不知道 Jake Wharton,我覺得面試可以直接 Pass 掉了。。。哈哈,開玩笑啦

title

1.2 ButterKnife 怎麼用?

怎麼介紹一個東西,那真是一個折學問題。別老說我沒文化,我的意思是比較曲折嘛。

我們還是要先簡單介紹一些 ButterKnife 的基本用法,這些知識你在 ButterKnife 這裡也可以看到。

簡單來說,使用 ButterKnife 需要三步走:

  1. 配置編譯環境,由於 Butterknife 用到了註解處理器,所以,比起一般的框架,配置稍微多了些,不過也很簡單啦:

     buildscript {
         repositories {
           mavenCentral()
         }
         dependencies {
           classpath 'com.android.tools.build:gradle:1.3.1'
           classpath 'com.neenbedankt.gradle.plugins:android-apt:1.8'
         }
     }
     apply plugin: 'com.neenbedankt.android-apt'
     ...
     dependencies {
         compile 'com.jakewharton:butterknife:8.1.0'
         apt 'com.jakewharton:butterknife-compiler:8.1.0'
     }
    
  2. 用註解標註需要註解的對象,比如 View,比如一些事件方法(用作 onClick 之類的),例:

     @Bind(R.id.title)
     TextView title;
    
     @OnClick(R.id.hello)
     void sayHello() {
         Toast.makeText(this, "Hello, views!", LENGTH_SHORT).show();
         ButterKnife.apply(headerViews, ALPHA_FADE);
     }
    
  3. 在初始化佈局之後,調用 bind 方法:

     setContentView(R.layout.activity_main);
     ButterKnife.bind(this);//一定要在 setContentView 之後哈,不然你就等著玩空指針吧
    

    瞧,這時候你要是編譯一下,你的代碼就能歡快的跑起來啦,什麼 findViewById,什麼 setOnClickListener,我從來沒聽說過~

    哈,不過你還是要小心一點兒,你要是有本事寫成這樣,ButterKnife 就說『信不信我報個錯給你看啊!』

    @Bind(R.id.title)
    private TextView title;
    
    @OnClick(R.id.hello)
    private void sayHello() {
     Toast.makeText(this, "Hello, views!", LENGTH_SHORT).show();
     ButterKnife.apply(headerViews, ALPHA_FADE);
    }
    
    Error:(48, 22) error: @Bind fields must not be private or static. (com.example.butterknife.SimpleActivity.title)
    Error:(68, 18) error: @OnClick methods must not be private or static. (com.example.butterknife.SimpleActivity.sayHello)
    

    這又是為神馬嘞?如果你知道 ButterKnife 的機制,那麼這個問題就很清晰了,前面我們已經提到,ButterKnife 是通過註解處理器來生成輔助代碼進而達到自己的註入目的的,那麼我們就有必要瞅瞅它究竟生成了什麼鬼。

    話說,生成的代碼就在 build/generated/source/apt 下麵,我們就以 ButterKnife 的官方 sample 為例,它生成的代碼如下:

    title

    讓我們看一下 SimpleActivity$$ViewBinder:

    public class SimpleActivity$$ViewBinder<T extends SimpleActivity> implements ViewBinder<T> {
    @Override
    public void bind(final Finder finder, final T target, Object source) {
     Unbinder unbinder = new Unbinder(target);
     View view;
     //註入 title,這裡的 target 其實就是我們的 Activity
     view = finder.findRequiredView(source, 2130968576, "field 'title'");
     target.title = finder.castView(view, 2130968576, "field 'title'");
    
     //下麵註入 hello 這個 Button,併為其設置 click 事件
     view = finder.findRequiredView(source, 2130968578, "field 'hello', method 'sayHello', and method 'sayGetOffMe'");
     target.hello = finder.castView(view, 2130968578, "field 'hello'");
     unbinder.view2130968578 = view;
     view.setOnClickListener(new DebouncingOnClickListener() {
       @Override
       public void doClick(View p0) {
         target.sayHello();
       }
     });
     ...
    }
    
    ...
    }
    

    我們看到這裡面有個叫 bind 的方法,這個方法跟我們之前調用的 ButterKnife.bind的關係可想而知——其實,後者只是個引子,調用它就是為了調用生成的代碼。什麼,不信?好吧,我就喜歡你們這些充滿好奇的娃。我們在調用 ButterKnife.bind 之後,會進入下麵的方法:

    static void bind(@NonNull Object target, @NonNull Object source, @NonNull Finder finder) {
     Class<?> targetClass = target.getClass();
     try {
       ViewBinder<Object> viewBinder = findViewBinderForClass(targetClass);
       viewBinder.bind(finder, target, source);
     } catch (Exception e) {
       //省略異常處理
     }
    }
    

    我們知道參數 targetsource 在這裡都是咱們的 Activity 的實例,那麼找到的 viewBinder 又是什麼鬼呢?

    private static ViewBinder<Object> findViewBinderForClass(Class<?> cls)
       throws IllegalAccessException, InstantiationException {
     ViewBinder<Object> viewBinder = BINDERS.get(cls);
     //先找緩存
     if (viewBinder != null) {
       return viewBinder;
     }
     //檢查下是否支持這個類
     String clsName = cls.getName();
     if (clsName.startsWith("android.") || clsName.startsWith("java.")) {
       return NOP_VIEW_BINDER;
     }
     try {
       //找到類名為 Activity 的類名加 "$$ViewBinder" 的類,實例化,並返回
       Class<?> viewBindingClass = Class.forName(clsName + "$$ViewBinder");
       //noinspection unchecked
       viewBinder = (ViewBinder<Object>) viewBindingClass.newInstance();
     } catch (ClassNotFoundException e) {
       //註意這裡支持了繼承關係
       viewBinder = findViewBinderForClass(cls.getSuperclass());
     }
     //緩存 viewBinder
     BINDERS.put(cls, viewBinder);
     return viewBinder;
    }
    

    簡單看下註釋就很容易理解了,如果我們的 Activity 名為 SimpleActivity,那麼找到的 ViewBinder 應該就是 SimpleActivity$$ViewBinder

    還是回到我們前面的問題,如果需要註入的成員是 private,ButterKnife 會報錯,顯然,如果 titleprivate,生成的代碼中又寫到 target.title,這不就是在搞笑麽?小樣兒,你以為你是生成的代碼, Java 虛擬機就會讓你看見不該看的東西麽?

    當然,對需要註入的成員的要求不止這些啦,我們稍後就會知道,其實對於靜態成員和某些特定包下的類的成員也是不支持註入的。

    1.3 小結

    這個框架給我們的感覺就是,用起來炒雞簡單有木有。說話想當年,@ 給了我們上網衝浪的感覺,現在,我們仍然只需要在代碼裡面 @ 幾下,就可以在後面各種浪了。

    等等,這麼簡單的表象後面,究竟隱藏著怎樣的秘密?它那光鮮的外表下麵又有那些不可告人的故事?請看下回分解。

    2、ButterKnife,給我上一盤蛋炒飯

    title

    Jake 大神,我賭一個月好萊塢會員,你一定是一個吃貨。。

    我們把生成代碼這個過程比作一次蛋炒飯,在炒的時候你要先準備炊具,接著準備用料,然後開炒,出鍋。

    2.1 準備炊具

    蛋炒飯是在鍋裡面炒出來的,那麼我們的 ButterKnife 的”鍋”又是什麼鬼?

    閑話少敘,且說從我們配置好的註解,到最終生成的代碼,這是個怎樣的過程呢?

    title

    上圖很清晰嘛,雖然什麼都沒說。額。。別動手。。

    你看圖裡面 ButterKnife 很厲害的樣子,其實丫是仗勢欺人。仗誰的勢呢?我們千呼萬喚始出來滴註解處理器,這時候就要登上歷史舞臺啦!

    話說 Java 編譯器編譯代碼之前要先來個預處理,這時候編譯器會對 classpath 下麵有下圖所示配置的註解處理器進行調用,那麼這時候我們就可以幹壞事兒了(怎麼每到這個時候都會很興奮呢。。)

    title

    所以,如果你要自己寫註解處理器的話,首先要繼承 AbstractProcessor ,然後寫下類似的配置。不過稍等一下,讓我們看下 Butterknife 是怎麼做的:

    @AutoService(Processor.class)
    public final class ButterKnifeProcessor extends AbstractProcessor {
     ...
    }
    

    AutoService 是乾什麼的呢?看看剛纔的圖,有沒有註意到那個文件夾是紅色?是的,它是自動生成的,而負責生成這個配置的家伙就是 AutoService,這是 google 的一個開源組件,非常簡單,我就不多說了。

    簡而言之:註解處理器為我們打開了一扇門,讓我們可以在 Java 編譯器編譯代碼之前,執行一段我們的代碼。當然這代碼也不一定就是要生成別的代碼了,你可以去檢查那些被註解標註的代碼的命名是否規範(周志明大神的 《深入理解 Java 虛擬機》一書當中有這個例子)。啊,你說你要去輸出一個 “Hello World”,~~(╯﹏╰)b 也可以。。吧。。

    2.2 嘿蛋炒飯,最簡單又最困難

    既然知道了程式的入口,那麼我們就要來看看 ButterKnife 究竟幹了什麼見不得人的事兒。在這裡,所有的輸入就是我們在自己的代碼中配置的註解,所有的輸出,就是生成的用於註入對象的輔助代碼。

    關於註解處理器的更多細節請大家參考相應的資料哈,我這裡直接給出 ButterKnife 的核心代碼,在 ButterKnifeProcessor.process 當中:

    @Override public boolean process(Set<? extends TypeElement> elements, RoundEnvironment env) {
     //下麵這一句解析註解
     Map<TypeElement, BindingClass> targetClassMap = findAndParseTargets(env);
    
     //解析完成以後,需要生成的代碼結構已經都有了,它們都存在於每一個 BindingClass 當中
     for (Map.Entry<TypeElement, BindingClass> entry : targetClassMap.entrySet()) {
       TypeElement typeElement = entry.getKey();
       BindingClass bindingClass = entry.getValue();
    
       try {
         //這一步完成真正的代碼生成
         bindingClass.brewJava().writeTo(filer);
       } catch (IOException e) {
         error(typeElement, "Unable to write view binder for type %s: %s", typeElement,
             e.getMessage());
       }
     }
    
     return true;
    }
    

    我們知道,ButterKnife 對於需要註入對象的成員有要求的,在解析註解配置時,首先要對被標註的成員進行檢查,如果檢查失敗,直接拋異常。

    title

    在分析解析過程時,我們以 @Bind 為例,註解處理器找到用 @Bind 標註的成員,檢驗這些成員是否符合註入的條件(比如不能是 private,不能是 static 之類),之後將註解當中的值取出來,創建或者更新對應的 BindingClass

    private Map<TypeElement, BindingClass> findAndParseTargets(RoundEnvironment env) {
     Map<TypeElement, BindingClass> targetClassMap = new LinkedHashMap<>();
     Set<String> erasedTargetNames = new LinkedHashSet<>();
    
     // Process each @Bind element.
     for (Element element : env.getElementsAnnotatedWith(Bind.class)) {
       if (!SuperficialValidation.validateElement(element)) continue;
       try {
         parseBind(element, targetClassMap, erasedTargetNames);
       } catch (Exception e) {
         logParsingError(element, Bind.class, e);
       }
     }
     ...
     return targetClassMap;
    }
    

    現在以前面提到的 title 為例,解析的時候拿到的 element 其實對應的就是 title 這個變數。

    private void parseBind(Element element, Map<TypeElement, BindingClass> targetClassMap,
       Set<String> erasedTargetNames) {
    
     ... 省略掉檢驗 element 是否符合條件的代碼 ...
    
     TypeMirror elementType = element.asType();
     if (elementType.getKind() == TypeKind.ARRAY) {
       parseBindMany(element, targetClassMap, erasedTargetNames);
     } else if (LIST_TYPE.equals(doubleErasure(elementType))) {
       parseBindMany(element, targetClassMap, erasedTargetNames);
     } else if (isSubtypeOfType(elementType, ITERABLE_TYPE)) {
     // 顯然這裡被註入的對象類型不能是 Iterable,List 除外~
       error(element, "@%s must be a List or array. (%s.%s)", Bind.class.getSimpleName(),
           ((TypeElement) element.getEnclosingElement()).getQualifiedName(),
           element.getSimpleName());
     } else {
       parseBindOne(element, targetClassMap, erasedTargetNames);
     }
    }
    

    在註入 title 時,對應的要接著執行 parseBindOne 方法:

    private void parseBindOne(Element element, Map<TypeElement, BindingClass> targetClassMap,
       Set<String> erasedTargetNames) {
     ... 省略掉一些校驗代碼 ...
    
     if (!isSubtypeOfType(elementType, VIEW_TYPE) && !isInterface(elementType)) {
         ... 處理錯誤,顯然被註入的必須是 View 的子類 ...
     }
    
     // Assemble information on the field.
     int[] ids = element.getAnnotation(Bind.class).value();
     if (ids.length != 1) {
        ... 以前已經確認是單值綁定,所以出現了參數為多個的情況就報錯...
     }
    
     ... 省略構建 BindingClass 對象的代碼 ...
     BindingClass bindingClass = targetClassMap.get(enclosingElement);
    
     String name = element.getSimpleName().toString();
     TypeName type = TypeName.get(elementType);
     boolean required = isFieldRequired(element);
    
     // 根據註解信息來生成註入關係,並添加到 bindingClass 當中
     FieldViewBinding binding = new FieldViewBinding(name, type, required);
     bindingClass.addField(id, binding);
    
     ...
    }
    

    其實每一個註解的解析流程都是類似的,解析的最終目標就是在這個 bindingClassaddField,這意味著什麼呢?

    通過前面的分析,其實我們已經知道解析註解的最終目標是生成那些用於註入的代碼,這就好比我們讓註解管理器寫代碼。這似乎是一個很有意思的話題,如果你的程式足夠聰明,它就可以自己寫代碼~~

    那麼這麼說 addField 就是要給生成的代碼添加一個屬性咯?不不不,是添加一組註入關係,後面生成代碼時,註解管理器就需要根據這些解析來的關係來組織生成的代碼。所以,要不要再看一下生成的代碼,看看還有沒有新的發現?

    2.3、出鍋咯

    話說,註解配置已經解析完畢,我們已經知道我們要生成的代碼長啥樣了,那麼下一個問題就是如何真正的生成代碼。這裡用到了一個工具 JavaPoet,同樣出自 Square 的大神之手。JavaPoet 提供了非常強大的代碼生成功能,比如我們下麵將給出生成輸出 HelloWorld 的 JavaDemo 的代碼:

    MethodSpec main = MethodSpec.methodBuilder("main")
     .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.STATIC)
     .returns(void.class)
     .addParameter(String[].class, "args")
     .addStatement("$T.out.println($S)", System.class, "Hello, JavaPoet!")
     .build();
    
    TypeSpec helloWorld = TypeSpec.classBuilder("HelloWorld")
     .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.FINAL)
     .addMethod(main)
     .build();
    
    JavaFile javaFile = JavaFile.builder("com.example.helloworld", helloWorld)
     .build();
    
    javaFile.writeTo(System.out);
    

    這樣就可以生成下麵的代碼了:

    package com.example.helloworld;
    
    public final class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
     System.out.println("Hello, JavaPoet!");
    }
    }
    

    其實我們自己寫個程式生成一些代碼並不難,不過導包這個事情卻非常的令人焦灼,別擔心,JavaPoet 可以把這些統統搞定。

    有了個簡單的認識之後,我們要看下 ButterKnife 都用 JavaPoet 幹了什麼。還記得下麵的代碼麽:

    bindingClass.brewJava().writeTo(filer);
    

    這句代碼將 brew 出來的什麼鬼東西寫到了 filer 當中,Filer 嘛發揮想象力就知道是類似於文件的東西,換句話說,這句代碼就是完成代碼生成到指定文件的過程。

    Brew Java !!
    ~ ~ ~ heating ~ ~ ~
    => => pumping => =>
    [ ]P coffee! [ ]P

    JavaFile brewJava() {
     TypeSpec.Builder result = TypeSpec.classBuilder(className)
     //添加修飾符為 public,生成的類是 public 的
         .addModifiers(PUBLIC)
         .addTypeVariable(TypeVariableName.get("T", ClassName.bestGuess(targetClass)));
    
     /*其實 Bind 過程也是有繼承關係的,我有一個 Activity A 有註入,另一個 B 繼承它,那麼生成註入 B 的成員的代碼時,就要把 A 的註入一起捎上*/
     if (parentViewBinder != null) {
       result.superclass(ParameterizedTypeName.get(ClassName.bestGuess(parentViewBinder),
           TypeVariableName.get("T")));
     } else {
       result.addSuperinterface(ParameterizedTypeName.get(VIEW_BINDER, TypeVariableName.get("T")));
     }
    
     if (hasUnbinder()) {
       result.addType(createUnbinderClass());
     }
    
     //這一句很關鍵,我們的絕大多數註入用到的代碼都在這裡了
     result.addMethod(createBindMethod());
    
     //輸出一個 JavaFile 對象(其實這裡離生成最終的代碼已經很近了),完工
     return JavaFile.builder(classPackage, result.build())
         .addFileComment("Generated code from Butter Knife. Do not modify!")
         .build();
    }
    

    現在我們需要繼續看下 createBindMethod 方法,這個方法是生成代碼的關鍵~

  private MethodSpec createBindMethod() {
     /*創建了一個叫做 bind 的方法,添加了 @Override 註解,方法可見性為 public
      以及一些參數類型 */
     MethodSpec.Builder result = MethodSpec.methodBuilder("bind")
         .addAnnotation(Override.class)
         .addModifiers(PUBLIC)
         .addParameter(FINDER, "finder", FINAL)
         .addParameter(TypeVariableName.get("T"), "target", FINAL)
         .addParameter(Object.class, "source");

     if (hasResourceBindings()) {
       // Aapt can change IDs out from underneath us, just suppress since all will work at runtime.
       result.addAnnotation(AnnotationSpec.builder(SuppressWarnings.class)
           .addMember("value", "$S", "ResourceType")
           .build());
     }

     // Emit a call to the superclass binder, if any.
     if (parentViewBinder != null) {
       result.addStatement("super.bind(finder, target, source)");
     }

     /* 關於 unbinder,我們一直都沒有提到過,如果我們有下麵的註入配置:
         @Unbinder
         ButterKnife.Unbinder unbinder;
     * 那麼這時候就會在生成的代碼中添加下麵的代碼,這實際上就是構造 unbinder
     */
     // If the caller requested an unbinder, we need to create an instance of it.
     if (hasUnbinder()) {
       result.addStatement("$T unbinder = new $T($N)", unbinderBinding.getUnbinderClassName(),
           unbinderBinding.getUnbinderClassName(), "target");
     }


     /*
     * 這裡就是註入 view了,addViewBindings 這個方法其實就生成功能上類似
         TextView textView = (TextView) findViewById(...) 的代碼
     */
     if (!viewIdMap.isEmpty() || !collectionBindings.isEmpty()) {
       // Local variable in which all views will be temporarily stored.
       result.addStatement("$T view", VIEW);

       // Loop over each view bindings and emit it.
       for (ViewBindings bindings : viewIdMap.values()) {
         addViewBindings(result, bindings);
       }

       // Loop over each collection binding and emit it.
       for (Map.Entry<FieldCollectionViewBinding, int[]> entry : collectionBindings.entrySet()) {
         emitCollectionBinding(result, entry.getKey(), entry.getValue());
       }
     }

     /*
     * 註入 unbinder
     */ 
     // Bind unbinder if was requested.
     if (hasUnbinder()) {
       result.addStatement("target.$L = unbinder", unbinderBinding.getUnbinderFieldName());
     }

     /* ButterKnife 其實不止支持註入 View, 還支持註入 字元串,主題,圖片。。
     * 所有資源裡面你能想象到的東西
     */
     if (hasResourceBindings()) {
         //篇幅有限,我還是省略掉他們吧
         ...
     }

     return result.build();
   }

不知道為什麼,這段代碼讓我想起了我寫代碼的樣子。。那分明就是 ButterKnife 在替我們寫代碼嘛。

當然,這隻是生成的代碼中最重要的最核心的部分,為了方便理解,我把 demo 裡面生成的這個方法列出來方便查看:

   @Override
   public void bind(final Finder finder, final T target, Object source) {
     //構造 unbinder
     Unbinder unbinder = new Unbinder(target);
     //下麵開始 註入 view
     View view;
     view = finder.findRequiredView(source, 2130968576, "field 'title'");
     target.title = finder.castView(view, 2130968576, "field 'title'");
     //... 省略掉其他成員的註入 ...
     //註入 unbinder
     target.unbinder = unbinder;
   }

3、Hack 一下,定義我們自己的註解 BindLayout

我一直覺得,既然 View 都能註入了,咱能不能把 layout 也註入了呢?顯然這沒什麼難度嘛,可為啥 Jake 大神沒有做這個功能呢?我覺得主要是因為。。。你想哈,你註入個 layout,大概要這麼寫

 @BindLayout(R.layout.main)
 public class AnyActivity extends Activity{...}

可我們平時怎麼寫呢?

 public class AnyActivity extends Activity{
     @Override
     protected void onCreate(Bundle savedInstances){
         super.onCreate(savedInstances);
         setContentView(R.layout.main);
     }
 }

你別說你不繼承 onCreate 方法啊,所以好像始終要寫一句,性價比不高?誰知道呢。。。

不過呢,咱們接下來就運用我們的神功,給 ButterKnife 添磚加瓦(這怎麼感覺像校長說的呢。。嗯,他說的是社河會蟹主@義),讓 ButterKnife 可以 @BindLayout。先看效果:


              
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