利用Java手寫一個簡易的lombok的示例代碼

更新時間：2022年10月14日 15:48:37 作者：野生java研究僧

Lombok是一款Java開發(fā)插件，使得Java開發(fā)者可以通過其定義的一系列注解來消除業(yè)務工程中冗長和繁瑣的代碼，尤其對于簡單的Java模型對象。本文就來手寫一個簡易的lombok，需要的可以參考一下

1.概述

在面向對象編程中，必不可少的需要在代碼中定義對象模型，而在基于Java的業(yè)務平臺開發(fā)實踐中尤其如此。相信大家在平時開發(fā)中也深有感觸，本來是沒有多少代碼開發(fā)量的，但是因為定義的業(yè)務模型對象比較多，而需要重復寫Getter/Setter、構造器方法、字符串輸出的ToString方法、Equals/HashCode方法等。我們都知道Lombok能夠替大家完成這些繁瑣的操作，但是其背后的原理很少有人會關注或者說得清，本文會帶著大家了解這一開發(fā)神器內部的運行機制與原理！

Lombok是一款Java開發(fā)插件，使得Java開發(fā)者可以通過其定義的一系列注解來消除業(yè)務工程中冗長和繁瑣的代碼，尤其對于簡單的Java模型對象（POJO）。在開發(fā)環(huán)境中使用Lombok插件后，Java開發(fā)人員可以節(jié)省出重復構建，諸如HashCode和Equals這樣的方法以及各種業(yè)務對象模型的accessor和ToString等方法的大量時間。對于這些方法，它能夠在編譯源代碼期間自動幫我們生成這些方法，且并不會如反射那樣降低程序的性能。主要是這樣比較靈活，即使你在實體類中新增了屬性，也不用重新回過頭來維護該實體的set和get方法等。

2.lombok使用方法

安裝插件，在編譯類路徑中加入lombok.jar包（具體安裝方法可自己百度）；

在需要簡化的類或方法上，加上要使用的注解；

使用支持lombok的編譯工具編譯源代碼（關于支持lombok的編譯工具，見4.支持lombok的編譯工具）；

編譯得到的字節(jié)碼文件中自動生成Lombok注解對應的方法或代碼；

3.lombok原理解析

接下來，我們進行l(wèi)ombok的原理分析，以Oracle的javac編譯工具為例。自Java 6起，javac開始支持JSR 269 Pluggable Annotation Processing API規(guī)范，只要程序實現(xiàn)了該API，就能在java源碼編譯時調用定義的注解。舉例來說，現(xiàn)在有一個實現(xiàn)了"JSR 269 API"的程序A,那么使用javac編譯源碼的時候具體流程如下：

javac對源代碼進行分析，生成一棵抽象語法樹(AST)；

運行過程中調用實現(xiàn)了"JSR 269 API"的A程序；

此時A程序就可以完成它自己的邏輯，包括修改第一步驟得到的抽象語法樹(AST)；

javac使用修改后的抽象語法樹(AST)生成字節(jié)碼文件；

詳細的流程圖如下：

從上面的Lombok執(zhí)行的流程圖中可以看出，在Javac 解析成AST抽象語法樹之后, Lombok 根據自己編寫的注解處理器，動態(tài)地修改 AST，增加新的節(jié)點（即Lombok自定義注解所需要生成的代碼），最終通過分析生成JVM可執(zhí)行的字節(jié)碼Class文件。使用Annotation Processing自定義注解是在編譯階段進行修改，而jdk的反射技術是在運行時動態(tài)修改，兩者相比，反射雖然更加靈活一些但是帶來的性能損耗更加大。

Lombok本質上就是一個實現(xiàn)了JSR 269 API的程序，在使用javac的命令過程中，它生效的具體流程如下：

javac對源代碼進行分析，生成一棵抽象語法樹(AST)；
運行過程中調用實現(xiàn)了JSR 269 API的lombok程序；
編譯機會調用lombok程序對第一步得到的AST進行處理，找到其注解所在類對應的語法樹(AST)，然后修改該語法樹，增加注解對應的方法或代碼片段到定義的相應樹節(jié)點；
javac使用修改后的抽象語法樹生成最終的java字節(jié)碼文件；

4.手寫簡易lombok

使用的是idea工具進行開發(fā)，使用的jdk版本為1.8，因為我們是自己手寫的idea提示會報錯，但是能正常運行，因為lombok是idea針對于他有插件提示，我們的沒有，但是也不影響正常使用。

1.我們需要使用到jdk安裝路徑下lib包下的tools.jar，我們可以收到加入到項目依賴，也可以在maven中直接引入。我們直接使用idea新建一個普通的maven項目，然后配置如下，最后將這個項目打包一下，在別的項目中引入即可。

maven配置如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <groupId>lombok</groupId>
    <artifactId>com.compass.lombok</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>com.sun</groupId>
            <artifactId>tools</artifactId>
            <version>1.8</version>
            <scope>system</scope>
            <systemPath>C:/Program Files/Java/jdk1.8.0_251/lib/tools.jar</systemPath>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>com.google.auto.service</groupId>
            <artifactId>auto-service</artifactId>
            <version>1.0-rc5</version>
        </dependency>
    </dependencies>
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <configuration>
                    <source>1.8</source>
                    <target>1.8</target>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>

還有一個是 com.google.auto.service 這個是使用SPI機制的一個依賴，關于spi可以自行百度了解，這里就不再進行展開。

關鍵核心接口：AbstractProcessor，這個就是在編譯期處理注解的一個接口，然后我們可以通過實現(xiàn)這個接口通過修改字節(jié)碼文件，最終在字節(jié)碼文件中生成get和set方法。

首先我們定義一個DATA注解：

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;


@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Data {
}

然后寫一個 DataAnnotationProcessor 繼承AbstractProcessor即可

import com.compass.lombok.annotation.Data;
import com.google.auto.service.AutoService;
import com.sun.source.tree.Tree;
import com.sun.tools.javac.api.JavacTrees;
import com.sun.tools.javac.code.Flags;
import com.sun.tools.javac.code.Type;
import com.sun.tools.javac.processing.JavacProcessingEnvironment;
import com.sun.tools.javac.tree.JCTree;
import com.sun.tools.javac.tree.TreeMaker;
import com.sun.tools.javac.tree.TreeTranslator;
import com.sun.tools.javac.util.*;

import javax.annotation.processing.*;
import javax.lang.model.SourceVersion;
import javax.lang.model.element.Element;
import javax.lang.model.element.TypeElement;
import java.util.Set;

/**
 * @author compass
 * @date 2022-10-13
 * @since 1.0
 **/
@AutoService(Processor.class)
@SupportedAnnotationTypes("com.compass.lombok.annotation.Data")
@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8)
public class DataAnnotationProcessor extends AbstractProcessor {
    private JavacTrees javacTrees;
    private TreeMaker treeMaker;
    private Names names;

    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv) {
        super.init(processingEnv);
        Context context = ((JavacProcessingEnvironment) processingEnv).getContext();
         javacTrees = JavacTrees.instance(context);
         treeMaker = TreeMaker.instance(context);
         names = Names.instance(context);
    }

    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv) {
        Set<? extends Element> set = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(Data.class);
        for (Element element : set) {
            javacTrees.getTree(element).accept(new TreeTranslator(){
                @Override
                public void visitClassDef(JCTree.JCClassDecl jcClassDecl) {
                    jcClassDecl.defs.stream()
                            .filter(it->it.getKind().equals(Tree.Kind.VARIABLE))
                            .map(it->(JCTree.JCVariableDecl) it).forEach(it->{
                                jcClassDecl.defs = jcClassDecl.defs.prepend(genGetterMethod(it));
                                jcClassDecl.defs = jcClassDecl.defs.prepend(genSetterMethod(it));

                    });
                    super.visitClassDef(jcClassDecl);
                }
            });
        }
        return true;
    }

    private JCTree.JCMethodDecl genGetterMethod(JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl){
        JCTree.JCIdent _this = treeMaker.Ident(names.fromString("this"));
        Name name = jcVariableDecl.getName();
        JCTree.JCFieldAccess select = treeMaker.Select(_this, name);
        JCTree.JCReturn returnStatement = treeMaker.Return(select);

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

        JCTree.JCModifiers modifiers = treeMaker.Modifiers(Flags.PUBLIC);

        Name getMethodName = getGetMethodName(jcVariableDecl.getName());

        JCTree.JCExpression returnMethodType = jcVariableDecl.vartype;

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

        List<JCTree.JCTypeParameter> methodGenericParamList = List.nil();

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

        List<JCTree.JCExpression> throwList = List.nil();

        return treeMaker.MethodDef(modifiers, getMethodName, returnMethodType, methodGenericParamList, parameterList, throwList, body, null);

    }
    public  JCTree.JCMethodDecl genSetterMethod(JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl){

        JCTree.JCIdent _this = treeMaker.Ident(names.fromString("this"));
        Name name = jcVariableDecl.getName();
        JCTree.JCFieldAccess select = treeMaker.Select(_this, name);
        JCTree.JCAssign statementAssign = treeMaker.Assign(select, treeMaker.Ident(jcVariableDecl.getName()));
        JCTree.JCExpressionStatement statement = treeMaker.Exec(statementAssign);
        ListBuffer<JCTree.JCStatement> statements = new ListBuffer<>();
        statements.append(statement);

        JCTree.JCVariableDecl params = treeMaker.VarDef(
                treeMaker.Modifiers(Flags.PARAMETER, List.nil()),
                jcVariableDecl.name,
                jcVariableDecl.vartype,
                null
        );

        JCTree.JCModifiers modifiers = treeMaker.Modifiers(Flags.PUBLIC);

        Name setMethodName = getSetMethodName(jcVariableDecl.getName());

        JCTree.JCExpression returnMethodType = treeMaker.Type(new Type.JCVoidType());

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

        List<JCTree.JCTypeParameter> methodGenericParamList = List.nil();

        List<JCTree.JCVariableDecl> parameterList = List.of(params);

        List<JCTree.JCExpression> throwList = List.nil();

        return treeMaker.MethodDef(modifiers, setMethodName, returnMethodType, methodGenericParamList, parameterList, throwList, body, null);
    }

    private Name getGetMethodName(Name name){
        String filedName = name.toString();
        return names.fromString("get"+filedName.substring(0,1).toUpperCase()+filedName.substring(1));
    }

    private Name getSetMethodName(Name name){
        String filedName = name.toString();
        return names.fromString("set"+filedName.substring(0,1).toUpperCase()+filedName.substring(1));
    }

}

其實到這里就編寫完畢了，這里去動態(tài)修改字節(jié)碼，然后生成了get和set方法，至于其他的方法那就后面再說，此案例參照于《深入jvm字節(jié)碼》進行編寫。

最后在maven項目中打包