從Lombok到JSR-269

前言

Lombok的出現幫助開發人員在開發工程中消除了大部分冗餘程式碼:繁瑣的get、set方法甚至建造者模式。

Lombok的實現方式是什麼呢？

新建一個測試類使用Lombok的Getter和Setter註解，通過IDEA進行編譯

import lombok.Getter;

import lombok.Setter;

@Getter

@Setter

public class UserInfo {

    private String userId;

    private String userName;

}

開啟編譯後生成的UserInfo.class檔案

發現已經生成了get、set方法，由此可以推斷出Lombok是在編譯期為程式碼進行了增強，那麼在編譯期進行增強是如何實現的？

編譯階段

在JDK6提出並通過了JSR-269提案，提案通過了一組被稱為“插入式註解處理器”的標準API，可以提前至編譯期對程式碼中的特定註解進行處理，從而影響到編譯器的工作過程。

對於底層的一些實現,普遍會認為實現是像虛擬機器一樣使用C++實現,對於Java程式設計師來說並不是特別友好。但是Javac編譯器是使用Java實現的更容易上手。

Javac的編譯過程大致分為幾步

準備過程:初始化插入式註解處理器
解析與填充符號表過程詞法、語法分析構建抽象語法樹(AST)
插入式註解處理器的註解處理過程
分析與位元組碼生成過程

語法樹變動後會再次解析與填充符號表,語法樹沒有變動時編譯器就不會再對原始碼字元流操作,而是基於抽象語法樹

綜上所述想實現Lombok的效果只需要遵守JSR-269在編譯期對AST進行操作即可實現

當然不止有Lombok通過這種方式實現,例如FindBug、MapStruct等也通過這種方式實現

實現

JCTree

JCTree是AST元素的基類,想實現效果只需要新增JCTree節點即可

JCTree是一個抽象類部分實現

從類名可以猜到是什麼節點使用的這裡挑幾個常用的解釋

JCStatement 宣告語法樹節點

JCBlock 語法塊

JCReturn：return語句語法樹節點

JCClassDecl：類定義語法樹節點

JCVariableDecl：欄位/變數定義語法樹節點

JCMethodDecl：方法定義語法樹節點

JCModifiers：訪問標誌語法樹節點

JCExpression：表示式語法樹節點，常見的子類如下

JCAssign：賦值語句語法樹節點

JCIdent：識別符號語法樹節點例如this

TreeMaker

主要用於生成語法樹節點

程式碼

首先需要註解類,標明作用的範圍和作用的時期，兩個類分別對應Lombok的Getter、Setter

@Target({ElementType.TYPE}) //加在類上的註解

@Retention(RetentionPolicy.SOURCE) //作用於編譯期

public @interface Getter {

}

@Target({ElementType.TYPE}) //加在類上的註解

@Retention(RetentionPolicy.SOURCE) //作用於編譯期

public @interface Setter {

}

新建抽象註解處理器需要繼承AbstractProcessor，這裡使用模板方法模式

public abstract class MyAbstractProcessor extends AbstractProcessor {

    //語法樹

    protected JavacTrees trees;

    //構建語法樹節點

    protected TreeMaker treeMaker;

    //建立識別符號的物件

    protected Names names;

    @Override

    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv) {

        super.init(processingEnv);

        this.trees = JavacTrees.instance(processingEnv);

        Context context = ((JavacProcessingEnvironment) processingEnv).getContext();

        this.treeMaker = TreeMaker.instance(context);

        this.names = Names.instance(context);

    }

    @Override

    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {

        //獲取註解標識的類

        Set<? extends Element> set = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(getAnnotation());

        //拿到語法樹

        set.stream().map(element -> trees.getTree(element)).forEach(jcTree -> jcTree.accept(new TreeTranslator() {

            //拿到類定義

            @Override

            public void visitClassDef(JCTree.JCClassDecl jcClassDecl) {

                List<JCTree.JCVariableDecl> jcVariableDeclList = List.nil();

                //拿到所有成員變數

                for (JCTree tree : jcClassDecl.defs) {

                    if (tree.getKind().equals(Tree.Kind.VARIABLE)) {

                        JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl = (JCTree.JCVariableDecl) tree;

                        jcVariableDeclList = jcVariableDeclList.append(jcVariableDecl);

                    }

                }

                jcVariableDeclList.forEach(jcVariableDecl -> {

                    jcClassDecl.defs = jcClassDecl.defs.prepend(makeMethodDecl(jcVariableDecl));

                });

                super.visitClassDef(jcClassDecl);

            }

        }));

        return true;

    }

    /**

     * 建立方法

     * @param jcVariableDecl

     * @return

     */

    public abstract JCTree.JCMethodDecl makeMethodDecl(JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl);

    /**

     * 獲取何種註解

     * @return

     */

    public abstract Class<? extends Annotation> getAnnotation();

}

用於處理Setter註解繼承MyAbstractProcessor

@SupportedAnnotationTypes("com.ingxx.processor.Setter") //註解處理器作用於哪個註解 也可以重寫getSupportedAnnotationTypes

@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8) //可以處理什麼版本 也可以重寫getSupportedSourceVersion

public class SetterProcessor extends MyAbstractProcessor {

    @Override

    public JCTree.JCMethodDecl makeMethodDecl(JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl) {

        ListBuffer<JCTree.JCStatement> statements = new ListBuffer<>();

        //生成函式體 this.name = name;

        statements.append(treeMaker.Exec(treeMaker.Assign(treeMaker.Select(treeMaker.Ident(names.fromString("this")), jcVariableDecl.getName()),treeMaker.Ident(jcVariableDecl.getName()))));

        JCTree.JCBlock body = treeMaker.Block(0, statements.toList());

        //生成方法

        return treeMaker.MethodDef(

                treeMaker.Modifiers(Flags.PUBLIC), //訪問標誌

                getNewMethodName(jcVariableDecl.getName()), //名字

                treeMaker.TypeIdent(TypeTag.VOID), //返回型別

                List.nil(), //泛型形參列表

                List.of(getParameters(jcVariableDecl)), //引數列表

                List.nil(), //異常列表

                body, //方法體

                null //預設方法（可能是interface中的那個default）

        );

    }

    @Override

    public Class<? extends Annotation> getAnnotation() {

        return Setter.class;

    }

    private Name getNewMethodName(Name name) {

        String fieldName = name.toString();

        return names.fromString("set" + fieldName.substring(0, 1).toUpperCase() + fieldName.substring(1, name.length()));

    }

    private JCTree.JCVariableDecl getParameters(JCTree.JCVariableDecl prototypeJCVariable) {

        return treeMaker.VarDef(

                treeMaker.Modifiers(Flags.PARAMETER), //訪問標誌

                prototypeJCVariable.name, //名字

                prototypeJCVariable.vartype, //型別

                null //初始化語句

        );

    }

}

用於處理Getter註解繼承MyAbstractProcessor

@SupportedAnnotationTypes("com.ingxx.processor.Getter") //註解處理器作用於哪個註解 也可以重寫getSupportedAnnotationTypes

@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8) //可以處理什麼版本 也可以重寫getSupportedSourceVersion

public class GetterProcessor extends MyAbstractProcessor {

    @Override

    public JCTree.JCMethodDecl makeMethodDecl(JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl) {

        ListBuffer<JCTree.JCStatement> statements = new ListBuffer<>();

        //生成函式體 return this.欄位名

        statements.append(treeMaker.Return(treeMaker.Select(treeMaker.Ident(names.fromString("this")), jcVariableDecl.getName())));

        JCTree.JCBlock body = treeMaker.Block(0, statements.toList());

        //生成方法

        return treeMaker.MethodDef(treeMaker.Modifiers(Flags.PUBLIC), getNewMethodName(jcVariableDecl.getName()), jcVariableDecl.vartype, List.nil(), List.nil(), List.nil(), body, null);

    }

    @Override

    public Class<? extends Annotation> getAnnotation() {

        return Getter.class;

    }

    private Name getNewMethodName(Name name) {

        String fieldName = name.toString();

        return names.fromString("get" + fieldName.substring(0, 1).toUpperCase() + fieldName.substring(1, name.length()));

    }

}

編譯現有類

javac -cp $JAVA_HOME/lib/tools.jar *.java -d .

新建一個測試類 IDEA中由於找不到get set方法會報錯，可以忽略

@Getter

@Setter

public class UserInfo {

    private String userId;

    private String userName;

    public static void main(String[] args) {

        UserInfo userInfo = new UserInfo();

        userInfo.setUserId("001");

        userInfo.setUserName("得物");

        System.out.println("id = "+userInfo.getUserId()+" name = "+userInfo.getUserName());

    }

}

接著編譯

//多個處理器用逗號分隔

javac -processor com.ingxx.processor.GetterProcessor,com.ingxx.processor.SetterProcessor UserInfo.java -d .

檢視編譯後的檔案發現已經生成了get、set方法

從Lombok到JSR-269