Lombok原理
世界上只有一种英雄主义，就是看清生活的真相之后依然热爱生活。
对于 Lombok 我相信大部分人都不陌生，但对于它的实现原理以及缺点却鲜为人知，而本文将会从 Lombok 的原理出发，手撸一个简易版的 Lombok，让你理解这个热门技术背后的执行原理，以及它的优缺点分析。
简介
在讲原理之前，我们先来复习一下 Lombok (老司机可直接跳过本段)。
Lombok 是一个非常热门的开源项目 (https://github.com/rzwitserloot/lombok)，使用它可以有效的解决 Java 工程中那些繁琐又重复代码，例如 Setter、Getter、toString、equals、hashCode 以及非空判断等，都可以使用 Lombok 有效的解决。
使用
1.添加 Lombok 插件
在 IDE 中必须安装 Lombok 插件，才能正常调用被 Lombok 修饰的代码，以 Idea 为例，添加的步骤如下：
- 点击 File > Settings > Plugins 进入插件管理页面
- 点击 Browse repositories...
- 搜索 Lombok Plugin
- 点击 Install plugin 安装插件
- 重启 IntelliJ IDEA
安装完成，如下图所示：
2.添加 Lombok 库
接下来我们需要在项目中添加最新的 Lombok 库，如果是 Maven 项目，直接在 pom.xml 中添加如下配置：
<dependencies>
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.projectlombok/lombok -->
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<version>1.18.12</version>
<scope>provided</scope>
</dependency>
</dependencies>如果是 JDK 9+ 可使用模块的方式添加，配置如下：
<annotationProcessorPaths>
<path>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<version>1.18.12</version>
</path>
</annotationProcessorPaths>3.使用 Lombok
接下来到了前半部分中最重要的 Lombok 使用环节了，我们先来看在没有使用 Lombok 之前的代码：
public class Person {
private Integer id;
private String name;
public Integer getId() {
return id;
}
public void setId(Integer id) {
this.id = id;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}这是使用 Lombok 之后的代码：
@Getter
@Setter
public class Person {
private Integer id;
private String name;
}可以看出在 Lombok 之后，用一个注解就搞定了之前所有 Getter/Setter 的代码，让代码瞬间优雅了很多。
Lombok 所有注解如下：
val：用在局部变量前面，相当于将变量声明为 final；@NonNull：给方法参数增加这个注解会自动在方法内对该参数进行是否为空的校验，如果为空，则抛出 NPE（NullPointerException）；@Cleanup：自动管理资源，用在局部变量之前，在当前变量范围内即将执行完毕退出之前会自动清理资源，自动生成 try-finally 这样的代码来关闭流；@Getter/@Setter：用在属性上，再也不用自己手写 setter 和 getter 方法了，还可以指定访问范围；@ToString：用在类上可以自动覆写 toString 方法，当然还可以加其他参数，例如 @ToString(exclude=”id”) 排除 id 属性，或者 @ToString(callSuper=true, includeFieldNames=true) 调用父类的 toString 方法，包含所有属性；@EqualsAndHashCode：用在类上自动生成 equals 方法和 hashCode 方法；@NoArgsConstructor, @RequiredArgsConstructor and @AllArgsConstructor：用在类上，自动生成无参构造和使用所有参数的构造函数以及把所有 @NonNull 属性作为参数的构造函数，如果指定 staticName="of" 参数，同时还会生成一个返回类对象的静态工厂方法，比使用构造函数方便很多；@Data：注解在类上，相当于同时使用了 @ToString、@EqualsAndHashCode、@Getter、@Setter 和 @RequiredArgsConstrutor 这些注解，对于 POJO 类十分有用；@Value：用在类上，是 @Data 的不可变形式，相当于为属性添加 final 声明，只提供 getter 方法，而不提供 setter 方法；@Builder：用在类、构造器、方法上，为你提供复杂的 builder APIs，让你可以像如下方式一样调用Person.builder().name("xxx").city("xxx").build()；@SneakyThrows：自动抛受检异常，而无需显式在方法上使用 throws 语句；@Synchronized：用在方法上，将方法声明为同步的，并自动加锁，而锁对象是一个私有的属性 $lock 或 $LOCK，而 Java 中的 synchronized 关键字锁对象是 this，锁在 this 或者自己的类对象上存在副作用，就是你不能阻止非受控代码去锁 this 或者类对象，这可能会导致竞争条件或者其它线程错误；@Getter(lazy=true)：可以替代经典的 Double Check Lock 样板代码；@Log：根据不同的注解生成不同类型的 log 对象，但是实例名称都是 log，有六种可选实现类@CommonsLogCreates log = org.apache.commons.logging.LogFactory.getLog(LogExample.class);@LogCreates log = java.util.logging.Logger.getLogger(LogExample.class.getName());@Log4jCreates log = org.apache.log4j.Logger.getLogger(LogExample.class);@Log4j2Creates log = org.apache.logging.log4j.LogManager.getLogger(LogExample.class);@Slf4jCreates log = org.slf4j.LoggerFactory.getLogger(LogExample.class);@XSlf4jCreates log = org.slf4j.ext.XLoggerFactory.getXLogger(LogExample.class);
它们的具体使用如下：
① val 使用
val sets = new HashSet<String>();
// 相当于
final Set<String> sets = new HashSet<>();② NonNull 使用
public void notNullExample(@NonNull String string) {
string.length();
}
// 相当于
public void notNullExample(String string) {
if (string != null) {
string.length();
} else {
throw new NullPointerException("null");
}
}③ Cleanup 使用
public static void main(String[] args) {
try {
@Cleanup InputStream inputStream = new FileInputStream(args[0]);
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
// 相当于
InputStream inputStream = null;
try {
inputStream = new FileInputStream(args[0]);
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
if (inputStream != null) {
try {
inputStream.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}④ Getter/Setter 使用
@Setter(AccessLevel.PUBLIC)
@Getter(AccessLevel.PROTECTED)
private int id;
private String shap;⑤ ToString 使用
@ToString(exclude = "id", callSuper = true, includeFieldNames = true)
public class LombokDemo {
private int id;
private String name;
private int age;
public static void main(String[] args) {
// 输出 LombokDemo(super=LombokDemo@48524010, name=null, age=0)
System.out.println(new LombokDemo());
}
}⑥ EqualsAndHashCode 使用
@EqualsAndHashCode(exclude = {"id", "shape"}, callSuper = false)
public class LombokDemo {
private int id;
private String shap;
}⑦ NoArgsConstructor、RequiredArgsConstructor、AllArgsConstructor 使用
@NoArgsConstructor
@RequiredArgsConstructor(staticName = "of")
@AllArgsConstructor
public class LombokDemo {
@NonNull
private int id;
@NonNull
private String shap;
private int age;
public static void main(String[] args) {
new LombokDemo(1, "Java");
// 使用静态工厂方法
LombokDemo.of(2, "Java");
// 无参构造
new LombokDemo();
// 包含所有参数
new LombokDemo(1, "Java", 2);
}
}⑧ Builder 使用
@Builder
public class BuilderExample {
private String name;
private int age;
@Singular
private Set<String> occupations;
public static void main(String[] args) {
BuilderExample test = BuilderExample.builder().age(11).name("Java").build();
}
}⑨ SneakyThrows 使用
public class ThrowsTest {
@SneakyThrows()
public void read() {
InputStream inputStream = new FileInputStream("");
}
@SneakyThrows
public void write() {
throw new UnsupportedEncodingException();
}
// 相当于
public void read() throws FileNotFoundException {
InputStream inputStream = new FileInputStream("");
}
public void write() throws UnsupportedEncodingException {
throw new UnsupportedEncodingException();
}
}⑩ Synchronized 使用
public class SynchronizedDemo {
@Synchronized
public static void hello() {
System.out.println("world");
}
// 相当于
private static final Object $LOCK = new Object[0];
public static void hello() {
synchronized ($LOCK) {
System.out.println("world");
}
}
}⑪ Getter(lazy = true) 使用
public class GetterLazyExample {
@Getter(lazy = true)
private final double[] cached = expensive();
private double[] expensive() {
double[] result = new double[1000000];
for (int i = 0; i < result.length; i++) {
result[i] = Math.asin(i);
}
return result;
}
}
// 相当于
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
public class GetterLazyExample {
private final AtomicReference<java.lang.Object> cached = new AtomicReference<>();
public double[] getCached() {
java.lang.Object value = this.cached.get();
if (value == null) {
synchronized (this.cached) {
value = this.cached.get();
if (value == null) {
final double[] actualValue = expensive();
value = actualValue == null ? this.cached : actualValue;
this.cached.set(value);
}
}
}
return (double[]) (value == this.cached ? null : value);
}
private double[] expensive() {
double[] result = new double[1000000];
for (int i = 0; i < result.length; i++) {
result[i] = Math.asin(i);
}
return result;
}
}原理分析
我们知道 Java 的编译过程大致可以分为三个阶段：
- 解析与填充符号表
- 注解处理
- 分析与字节码生成
编译过程如下图所示：
而 Lombok 正是利用「注解处理」这一步进行实现的，Lombok 使用的是 JDK 6 实现的 JSR 269: Pluggable Annotation Processing API (编译期的注解处理器) ，它是在编译期时把 Lombok 的注解代码，转换为常规的 Java 方法而实现优雅地编程的。
这一点可以在程序中得到验证，比如本文刚开始用 @Data 实现的代码：
在我们编译之后，查看 Person 类的编译源码发现，代码竟然是这样的：
可以看出 Person 类在编译期被注解翻译器修改成了常规的 Java 方法，添加 Getter、Setter、equals、hashCode 等方法。
Lombok 的执行流程如下：
可以看出，在编译期阶段，当 Java 源码被抽象成语法树 (AST) 之后，Lombok 会根据自己的注解处理器动态的修改 AST，增加新的代码 (节点)，在这一切执行之后，再通过分析生成了最终的字节码 (.class) 文件，这就是 Lombok 的执行原理。
手撸一个 Lombok
我们实现一个简易版的 Lombok 自定义一个 Getter 方法，我们的实现步骤是：
- 自定义一个注解标签接口，并实现一个自定义的注解处理器；
- 利用 tools.jar 的 javac api 处理 AST (抽象语法树)
- 使用自定义的注解处理器编译代码。
这样就可以实现一个简易版的 Lombok 了。
1.定义自定义注解和注解处理器
首先创建一个 MyGetter.java 自定义一个注解，代码如下：
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE) // 注解只在源码中保留
@Target(ElementType.TYPE) // 用于修饰类
public @interface MyGetter { // 定义 Getter
}再实现一个自定义的注解处理器，代码如下：
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 javax.tools.Diagnostic;
import java.util.Set;
@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8)
@SupportedAnnotationTypes("com.example.lombok.MyGetter")
public class MyGetterProcessor extends AbstractProcessor {
private Messager messager; // 编译时期输入日志的
private JavacTrees javacTrees; // 提供了待处理的抽象语法树
private TreeMaker treeMaker; // 封装了创建AST节点的一些方法
private Names names; // 提供了创建标识符的方法
@Override
public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnv) {
super.init(processingEnv);
this.messager = processingEnv.getMessager();
this.javacTrees = 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) {
Set<? extends Element> elementsAnnotatedWith = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(MyGetter.class);
elementsAnnotatedWith.forEach(e -> {
JCTree tree = javacTrees.getTree(e);
tree.accept(new TreeTranslator() {
@Override
public void visitClassDef(JCTree.JCClassDecl jcClassDecl) {
List<JCTree.JCVariableDecl> jcVariableDeclList = List.nil();
// 在抽象树中找出所有的变量
for (JCTree jcTree : jcClassDecl.defs)