作者 | 王再军(曦峰)
来源 | 阿里开发者公众号
序言
在写Java代码的时候，最烦写setter/getter方法，自从有了Lombok插件不用再写那些方法之后，感觉再也回不去了，那你们是否好奇过Lombok是怎么把setter/getter方法给你加上去的呢？有的同学说我们Java引入Lombok之后会污染依赖包，那我们可不可以自己写一个工具来代替Lombok呢？
知识点
- Java编译过程
- 了解Lombok原理
- 了解插入式注解处理器
分析
序言提到的问题其实都是同一个问题，就是如何去获取和修改Java源代码？
要回答这个问题，我们需要回答这几个问题：
- Java编译器是如何解析Java源代码的？
- 编译器编译源代码都有哪些步骤？
- 我们在编译器工作的时候，怎么才能去增加内容或者是进行代码分析？
希望大家看完本文能够自己写一个简易的Lombok工具。
回答
如何解析源代码
其实从我们的代码到被编译，中间隔了一个数据结构，叫做AST（抽象树）。具体的形式，可以查看下面的图片。右边的便是AST的数据结构了。
代码编译都有哪些步骤
整个编译过程大致如下：
图片来自openjdk
1、初始化插入注解处理器
2、解析与填充符号表过程
a.词法分析、语法分析。将源代码的字符流转变为标记集合，构造出抽象语法树。
b.填充符号表。产生符号地址和符号信息。
3、插入式注解处理器的注解处理过程：插入式注解处理器的执行阶段。后面我会给大家带来两个此方面的实用实战例子。
4、分析与字节码生成过程
a.标注检查。对语法的静态信息检查。
b.数据流及控制流分析。对程序动态运行过程进行检查。
c.解语法糖。将简化代码编写的语法糖还原为原有的形式。
d.字节码生成。将前面各个步骤所生成的信息转化成为字节码。
我们知道了上面的理论之后，接下来我们进行实战。带着大家一起去修改AST（抽象树）。添加自己的代码。
实战
如何自己实现一个自动添加Setter/Getter的工具
首先，我们创建一个自己的注解。
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE) // 注解只在源码中保留
@Target(ElementType.TYPE) // 用于修饰类
public @interface MySetterGetter {
}
创建一个需要生成setter/getter方法的实体类
@MySetterGetter // 打上我们的注解
public class Test {
private String wzj;
}
接下来就来看一看如何来生成我们想要的字符串。
整体代码如下：
@SupportedAnnotationTypes("com.study.practice.nameChecker.MySetterGetter")
@SupportedSourceVersion(SourceVersion.RELEASE_8)
public class MySetterGetterProcessor extends AbstractProcessor {
// 主要是输出信息
private Messager messager;
private JavacTrees javacTrees;
private TreeMaker treeMaker;
private Names names;
@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) {
// 拿到被注解标注的所有的类
Set<? extends Element> elementsAnnotatedWith = roundEnv.getElementsAnnotatedWith(MySetterGetter.class);
elementsAnnotatedWith.forEach(element -> {
// 得到类的抽象树结构
JCTree tree = javacTrees.getTree(element);
// 遍历类，对类进行修改
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){
if (jcTree.getKind().equals(Tree.Kind.VARIABLE)){
JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl = (JCTree.JCVariableDecl)jcTree;
jcVariableDeclList = jcVariableDeclList.append(jcVariableDecl);
}
}
// 对于变量进行生成方法的操作
for (JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl : jcVariableDeclList) {
messager.printMessage(Diagnostic.Kind.NOTE, jcVariableDecl.getName() + " has been processed");
jcClassDecl.defs = jcClassDecl.defs.prepend(makeSetterMethodDecl(jcVariableDecl));
jcClassDecl.defs = jcClassDecl.defs.prepend(makeGetterMethodDecl(jcVariableDecl));
}
// 生成返回对象
JCTree.JCExpression methodType = treeMaker.Type(new Type.JCVoidType());
return treeMaker.MethodDef(treeMaker.Modifiers(Flags.PUBLIC), getNewSetterMethodName(jcVariableDecl.getName()), methodType, List.nil(), parameters, List.nil(), block, null);
}
/**
* 生成 getter 方法
* @param jcVariableDecl
* @return
*/
private JCTree.JCMethodDecl makeGetterMethodDecl(JCTree.JCVariableDecl jcVariableDecl){
ListBuffer<JCTree.JCStatement> statements = new ListBuffer<>();
// 生成表达式
JCTree.JCReturn aReturn = treeMaker.Return(treeMaker.Ident(jcVariableDecl.getName()));
statements.append(aReturn);
JCTree.JCBlock block = treeMaker.Block(0, statements.toList());
// 无入参
// 生成返回对象
JCTree.JCExpression returnType = treeMaker.Type(jcVariableDecl.getType().type);
return treeMaker.MethodDef(treeMaker.Modifiers(Flags.PUBLIC), getNewGetterMethodName(jcVariableDecl.getName()), returnType, List.nil(), List.nil(), List.nil(), block, null);
}
/**
* 拼装Setter方法名称字符串
* @param name
* @return
*/
private Name getNewSetterMethodName(Name name) {
String s = name.toString();
return names.fromString("set" + s.substring(0,1).toUpperCase() + s.substring(1, name.length()));
}
/**
* 拼装 Getter 方法名称的字符串
* @param name
* @return
*/
private Name getNewGetterMethodName(Name name) {
String s = name.toString();
return names.fromString("get" + s.substring(0,1).toUpperCase() + s.substring(1, name.length()));
}
/**
* 生成表达式
* @param lhs
* @param rhs
* @return
*/
private JCTree.JCExpressionStatement makeAssignment(JCTree.JCExpression lhs, JCTree.JCExpression rhs) {
return treeMaker.Exec(
treeMaker.Assign(lhs, rhs)
);
}
}代码有点多，我们逐一拆解说明：
下面这是整个代码结构的脑图，后面的讲解会基于这个顺序。
a. 注解
@SupportedAnnotationTypes 表示我们需要监听的注解，比如我们之前定义的 @MySetterGetter。
@SupportedSourceVersion 表示我们想要对什么版本的Java源代码进行处理。
b. 父类
AbstractProcessor是本次的核心类，编译器在编译的时候会扫描此类的子类。其中有一个子类必须实现的核心方法 public boolean process(Set<? extends TypeElement> annotations, RoundEnvironment roundEnv)，此方法如果是返回为true就说明编译的那个类抽象树的结构又变化，需要重新进行词法分析和语法分析（可以查看上面提到的那个编译流程图）。如果返回的是false就说明没有变化。
c. process方法
主要的操作逻辑是：
1、拿到所有被我们MySetterGetter标注的类。
2、遍历所有的类，生成类的抽象树结构。
3、对类进行操作：
a.找到类中所有的变量。
b.对变量进行生成Set和Get方法。
4、返回 true，说明类结构变了，需要重新解析。如果是false说明没有变，不用重新解析。
d. 操作JCTree树
主要是在操作抽象树，可以查看文末附件中的文章进行学习。
e. 方法名称拼接
这一块儿和字符串拼接没啥区别，用过反射的同学应该也都清楚这个操作了。
到此为止，我们就已经介绍完了Lombok的原理。怎么样是不是很简单。接下来，就让我们把它运行起来，投入到实战之中。
f. 运行
最后来看一下如何正确的运行这个我们写的工具。
1.环境
我的系统环境是 macOs Monterey；
java版本是
openjdk version "1.8.0_302"
OpenJDK Runtime Environment (Temurin)(build 1.8.0_302-b08)
OpenJDK 64-Bit Server VM (Temurin)(build 25.302-b08, mixed mode)
2.编译processor
在你存放 MySetterGetter 和 MySetterGetterProcessor 两个类的目录下进行编译。
javac -cp $JAVA_HOME/lib/tools.jar MySetterGetter.java MySetterGetterProcessor.java
执行成功后会出现这三个class文件。
3.声明插入式注解处理器
- 在你的工程的resources下面创建一个包，名称为：META-INFO.services
- 然后创建一个文件，名称为：javax.annotation.processing.Processor
- 将你的注解处理器的地址填入，我的配置是这样的：
com.study.practice.nameChecker.MySetterGetterProcessor
4.用我们的工具去编译目标类
比如我们本次是要编译那个test.java。
它的内容再回顾一下：
@MySetterGetter // 打上我们的注解
public class Test {
private String wzj;
}
然后我们就去编译它（注意类前面的路径。这个你们得换成自己的工程目录。）
javac -processor com.study.practice.nameChecker.MySetterGetterProcessor com/study/practice/nameChecker/Test.java
执行之后如果没有修改我的代码的话会打印这几个字符串：
process 1
process 2
注: wzj has been processed
process 1
最后会生成Test.class文件。
5.成果
最后的class文件解析出来就是这个样子的。如下图所示：
看到Setter/Getter方法就说明我们已经大功告成了！是不是很简单。
到此为止，我们就学会了如何自己写一个属于自己的简易Lombok的插件了。
附件
treemarker 的介绍:
http://www.docjar.com/docs/api/com/sun/tools/javac/tree/TreeMaker.html
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