从Lombok到JSR-269


前言

Lombok的出现帮助开发人员在开发工程中消除了大部分冗余代码:繁琐的get、set方法甚至建造者模式。
Lombok的实现方式是什么呢?
新建一个测试类使用Lombok的Getter和Setter注解,通过IDEA进行编译

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;

@Getter
@Setter
public class UserInfo {
    private String userId;

    private String userName;
}

打开编译后生成的UserInfo.class文件

发现已经生成了get、set方法,由此可以推断出Lombok是在编译期为代码进行了增强,那么在编译期进行增强是如何实现的?

编译阶段

在JDK6提出并通过了JSR-269提案,提案通过了一组被称为“插入式注解处理器”的标准API,可以提前至编译期对代码中的特定注解进行处理, 从而影响到编译器的工作过程。
对于底层的一些实现,普遍会认为实现是像虚拟机一样使用C++实现,对于Java程序员来说并不是特别友好。但是Javac编译器是使用Java实现的更容易上手。
Javac的编译过程大致分为几步

  1. 准备过程:初始化插入式注解处理器
  2. 解析与填充符号表过程 词法、语法分析构建抽象语法树(AST)
  3. 插入式注解处理器的注解处理过程
  4. 分析与字节码生成过程
    语法树变动后会再次解析与填充符号表,语法树没有变动时编译器就不会再对源码字符流操作,而是基于抽象语法树

    综上所述想实现Lombok的效果只需要遵守JSR-269在编译期对AST进行操作即可实现
    当然不止有Lombok通过这种方式实现,例如FindBug、MapStruct等也通过这种方式实现

实现

JCTree

JCTree是AST元素的基类,想实现效果只需要添加JCTree节点即可
JCTree是一个抽象类部分实现

从类名可以猜到是什么节点使用的这里挑几个常用的解释
JCStatement 声明语法树节点
JCBlock 语法块
JCReturn:return语句语法树节点
JCClassDecl:类定义语法树节点
JCVariableDecl:字段/变量定义语法树节点
JCMethodDecl:方法定义语法树节点
JCModifiers:访问标志语法树节点
JCExpression:表达式语法树节点,常见的子类如下
JCAssign:赋值语句语法树节点
JCIdent:标识符语法树节点 例如this

TreeMaker

主要用于生成语法树节点

代码

首先需要注解类,标明作用的范围和作用的时期,两个类分别对应Lombok的Getter、Setter

@Target({ElementType.TYPE}) //加在类上的注解
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE) //作用于编译期
public @interface Getter {
}
@Target({ElementType.TYPE}) //加在类上的注解
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE) //作用于编译期
public @interface Setter {
}

新建抽象注解处理器需要继承AbstractProcessor,这里使用模板方法模式

public abstract class MyAbstractProcessor extends AbstractProcessor {
    //语法树
    protected JavacTrees trees;

    //构建语法树节点
    protected TreeMaker treeMaker;

    //创建标识符的对象
    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) {
        //获取注解标识的类
        Set<? extends Element> set = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(getAnnotation());
        //拿到语法树
        set.stream().map(element -> trees.getTree(element)).forEach(jcTree -> jcTree.accept(new TreeTranslator() {
            //拿到类定义
            @Override
            public void visitClassDef(JCTree.JCClassDecl jcClassDecl) {
                List<JCTree.JCVariableDecl> jcVariableDeclList = List.nil();
                //拿到所有成员变量
                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;
    }

    /**
     * 创建方法
     * @param jcVariableDecl
     * @return
     */
    public abstract JCTree.JCMethodDecl makeMethodDecl(JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl);

    /**
     * 获取何种注解
     * @return
     */
    public abstract Class<? extends Annotation> getAnnotation();
}

用于处理Setter注解 继承MyAbstractProcessor

@SupportedAnnotationTypes("com.ingxx.processor.Setter") //注解处理器作用于哪个注解 也可以重写getSupportedAnnotationTypes
@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8) //可以处理什么版本 也可以重写getSupportedSourceVersion
public class SetterProcessor extends MyAbstractProcessor {

    @Override
    public JCTree.JCMethodDecl makeMethodDecl(JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl) {
        ListBuffer<JCTree.JCStatement> statements = new ListBuffer<>();
        //生成函数体 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), //访问标志
                getNewMethodName(jcVariableDecl.getName()), //名字
                treeMaker.TypeIdent(TypeTag.VOID), //返回类型
                List.nil(), //泛型形参列表
                List.of(getParameters(jcVariableDecl)), //参数列表
                List.nil(), //异常列表
                body, //方法体
                null //默认方法(可能是interface中的那个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), //访问标志
                prototypeJCVariable.name, //名字
                prototypeJCVariable.vartype, //类型
                null //初始化语句
        );
    }
}

用于处理Getter注解 继承MyAbstractProcessor

@SupportedAnnotationTypes("com.ingxx.processor.Getter") //注解处理器作用于哪个注解 也可以重写getSupportedAnnotationTypes
@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8) //可以处理什么版本 也可以重写getSupportedSourceVersion
public class GetterProcessor extends MyAbstractProcessor {

    @Override
    public JCTree.JCMethodDecl makeMethodDecl(JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl) {
        ListBuffer<JCTree.JCStatement> statements = new ListBuffer<>();
        //生成函数体 return this.字段名
        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()));
    }
}

编译现有类

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

新建一个测试类 IDEA中由于找不到get set方法会报错,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());
    }
}

接着编译

//多个处理器用逗号分隔
javac -processor com.ingxx.processor.GetterProcessor,com.ingxx.processor.SetterProcessor UserInfo.java -d .

查看编译后的文件发现已经生成了get、set方法

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