Lombok介紹、使用方法和總結

1 Lombok背景介紹

官方介紹如下：

Project Lombok makes java a spicier language by adding 'handlers' that know how to build and compile simple, boilerplate-free, not-quite-java code.

大致意思是Lombok通過增加一些“處理程序”，可以讓java變得簡潔、快速。

2 Lombok使用方法

Lombok能以簡單的注解形式來簡化java代碼，提高開發人員的開發效率。例如開發中經常需要寫的javabean，都需要花時間去添加相應的getter/setter，也許還要去寫構造器、equals等方法，而且需要維護，當屬性多時會出現大量的getter/setter方法，這些顯得很冗長也沒有太多技術含量，一旦修改屬性，就容易出現忘記修改對應方法的失誤。

Lombok能通過注解的方式，在編譯時自動為屬性生成構造器、getter/setter、equals、hashcode、toString方法。出現的神奇就是在源碼中沒有getter和setter方法，但是在編譯生成的字節碼文件中有getter和setter方法。這樣就省去了手動重建這些代碼的麻煩，使代碼看起來更簡潔些。

Lombok的使用跟引用jar包一樣，可以在官網（https://projectlombok.org/download）下載jar包，也可以使用maven添加依賴：

<dependency>
    <groupId>org.projectlombok</groupId>
    <artifactId>lombok</artifactId>
    <version>1.16.20</version>
    <scope>provided</scope>
</dependency>

接下來我們來分析Lombok中注解的具體用法。

2.1 @Data

@Data注解在類上，會為類的所有屬性自動生成setter/getter、equals、canEqual、hashCode、toString方法，如為final屬性，則不會為該屬性生成setter方法。

import lombok.AccessLevel;
import lombok.Setter;
import lombok.Data;
import lombok.ToString;

@Data public class DataExample {
  private final String name;
  @Setter(AccessLevel.PACKAGE) private int age;
  private double score;
  private String[] tags;
  
  @ToString(includeFieldNames=true)
  @Data(staticConstructor="of")
  public static class Exercise<T> {
    private final String name;
    private final T value;
  }
}

如不使用Lombok，則實現如下：

import java.util.Arrays;

public class DataExample {
  private final String name;
  private int age;
  private double score;
  private String[] tags;
  
  public DataExample(String name) {
    this.name = name;
  }
  
  public String getName() {
    return this.name;
  }
  
  void setAge(int age) {
    this.age = age;
  }
  
  public int getAge() {
    return this.age;
  }
  
  public void setScore(double score) {
    this.score = score;
  }
  
  public double getScore() {
    return this.score;
  }
  
  public String[] getTags() {
    return this.tags;
  }
  
  public void setTags(String[] tags) {
    this.tags = tags;
  }
  
  @Override public String toString() {
    return "DataExample(" + this.getName() + ", " + this.getAge() + ", " + this.getScore() + ", " + Arrays.deepToString(this.getTags()) + ")";
  }
  
  protected boolean canEqual(Object other) {
    return other instanceof DataExample;
  }
  
  @Override public boolean equals(Object o) {
    if (o == this) return true;
    if (!(o instanceof DataExample)) return false;
    DataExample other = (DataExample) o;
    if (!other.canEqual((Object)this)) return false;
    if (this.getName() == null ? other.getName() != null : !this.getName().equals(other.getName())) return false;
    if (this.getAge() != other.getAge()) return false;
    if (Double.compare(this.getScore(), other.getScore()) != 0) return false;
    if (!Arrays.deepEquals(this.getTags(), other.getTags())) return false;
    return true;
  }
  
  @Override public int hashCode() {
    final int PRIME = 59;
    int result = 1;
    final long temp1 = Double.doubleToLongBits(this.getScore());
    result = (result*PRIME) + (this.getName() == null ? 43 : this.getName().hashCode());
    result = (result*PRIME) + this.getAge();
    result = (result*PRIME) + (int)(temp1 ^ (temp1 >>> 32));
    result = (result*PRIME) + Arrays.deepHashCode(this.getTags());
    return result;
  }
  
  public static class Exercise<T> {
    private final String name;
    private final T value;
    
    private Exercise(String name, T value) {
      this.name = name;
      this.value = value;
    }
    
    public static <T> Exercise<T> of(String name, T value) {
      return new Exercise<T>(name, value);
    }
    
    public String getName() {
      return this.name;
    }
    
    public T getValue() {
      return this.value;
    }
    
    @Override public String toString() {
      return "Exercise(name=" + this.getName() + ", value=" + this.getValue() + ")";
    }
    
    protected boolean canEqual(Object other) {
      return other instanceof Exercise;
    }
    
    @Override public boolean equals(Object o) {
      if (o == this) return true;
      if (!(o instanceof Exercise)) return false;
      Exercise<?> other = (Exercise<?>) o;
      if (!other.canEqual((Object)this)) return false;
      if (this.getName() == null ? other.getValue() != null : !this.getName().equals(other.getName())) return false;
      if (this.getValue() == null ? other.getValue() != null : !this.getValue().equals(other.getValue())) return false;
      return true;
    }
    
    @Override public int hashCode() {
      final int PRIME = 59;
      int result = 1;
      result = (result*PRIME) + (this.getName() == null ? 43 : this.getName().hashCode());
      result = (result*PRIME) + (this.getValue() == null ? 43 : this.getValue().hashCode());
      return result;
    }
  }
}

2.2 @Getter/@Setter

如果覺得@Data太過殘暴（因為@Data集合了@ToString、@EqualsAndHashCode、@Getter/@Setter、@RequiredArgsConstructor的所有特性）不夠精細，可以使用@Getter/@Setter注解，此注解在屬性上，可以為相應的屬性自動生成Getter/Setter方法，示例如下：

import lombok.AccessLevel;
import lombok.Getter;
import lombok.Setter;

public class GetterSetterExample {

  @Getter @Setter private int age = 10;
  
  @Setter(AccessLevel.PROTECTED) private String name;
  
  @Override public String toString() {
    return String.format("%s (age: %d)", name, age);
  }
}

如果不使用Lombok：

public class GetterSetterExample {

  private int age = 10;

  private String name;
  
  @Override public String toString() {
    return String.format("%s (age: %d)", name, age);
  }
  
  public int getAge() {
    return age;
  }
  
  public void setAge(int age) {
    this.age = age;
  }
  
  protected void setName(String name) {
    this.name = name;
  }
}

2.3 @NonNull

該注解用在屬性或構造器上，Lombok會生成一個非空的聲明，可用於校驗參數，能幫助避免空指針。

import lombok.NonNull;

public class NonNullExample extends Something {
  private String name;
  
  public NonNullExample(@NonNull Person person) {
    super("Hello");
    this.name = person.getName();
  }
}

不使用Lombok：

import lombok.NonNull;

public class NonNullExample extends Something {
  private String name;
  
  public NonNullExample(@NonNull Person person) {
    super("Hello");
    if (person == null) {
      throw new NullPointerException("person");
    }
    this.name = person.getName();
  }
}

2.4 @Cleanup

該注解能幫助我們自動調用close()方法，很大的簡化了代碼。

import lombok.Cleanup;
import java.io.*;

public class CleanupExample {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
    @Cleanup InputStream in = new FileInputStream(args[0]);
    @Cleanup OutputStream out = new FileOutputStream(args[1]);
    byte[] b = new byte[10000];
    while (true) {
      int r = in.read(b);
      if (r == -1) break;
      out.write(b, 0, r);
    }
  }
}

如不使用Lombok，則需如下：

import java.io.*;

public class CleanupExample {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
    InputStream in = new FileInputStream(args[0]);
    try {
      OutputStream out = new FileOutputStream(args[1]);
      try {
        byte[] b = new byte[10000];
        while (true) {
          int r = in.read(b);
          if (r == -1) break;
          out.write(b, 0, r);
        }
      } finally {
        if (out != null) {
          out.close();
        }
      }
    } finally {
      if (in != null) {
        in.close();
      }
    }
  }
}

2.5 @EqualsAndHashCode

默認情況下，會使用所有非靜態（non-static）和非瞬態（non-transient）屬性來生成equals和hasCode，也能通過exclude注解來排除一些屬性。

import lombok.EqualsAndHashCode;

@EqualsAndHashCode(exclude={"id", "shape"})
public class EqualsAndHashCodeExample {
  private transient int transientVar = 10;
  private String name;
  private double score;
  private Shape shape = new Square(5, 10);
  private String[] tags;
  private int id;
  
  public String getName() {
    return this.name;
  }
  
  @EqualsAndHashCode(callSuper=true)
  public static class Square extends Shape {
    private final int width, height;
    
    public Square(int width, int height) {
      this.width = width;
      this.height = height;
    }
  }
}

2.6 @ToString

類使用@ToString注解，Lombok會生成一個toString()方法，默認情況下，會輸出類名、所有屬性（會按照屬性定義順序），用逗號來分割。

import lombok.ToString;

@ToString(exclude="id")
public class ToStringExample {
  private static final int STATIC_VAR = 10;
  private String name;
  private Shape shape = new Square(5, 10);
  private String[] tags;
  private int id;
  
  public String getName() {
    return this.getName();
  }
  
  @ToString(callSuper=true, includeFieldNames=true)
  public static class Square extends Shape {
    private final int width, height;
    
    public Square(int width, int height) {
      this.width = width;
      this.height = height;
    }
  }
}

2.7 @NoArgsConstructor, @RequiredArgsConstructor and @AllArgsConstructor

無參構造器、部分參數構造器、全參構造器。Lombok沒法實現多種參數構造器的重載。

import lombok.AccessLevel;
import lombok.RequiredArgsConstructor;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.NonNull;

@RequiredArgsConstructor(staticName = "of")
@AllArgsConstructor(access = AccessLevel.PROTECTED)
public class ConstructorExample<T> {
  private int x, y;
  @NonNull private T description;
  
  @NoArgsConstructor
  public static class NoArgsExample {
    @NonNull private String field;
  }
}

3 Lombok工作原理分析

會發現在Lombok使用的過程中，只需要添加相應的注解，無需再為此寫任何代碼。自動生成的代碼到底是如何產生的呢？

核心之處就是對於注解的解析上。JDK5引入了注解的同時，也提供了兩種解析方式。

• 運行時解析

運行時能夠解析的注解，必須將@Retention設置為RUNTIME，這樣就可以通過反射拿到該注解。java.lang,reflect反射包中提供了一個接口AnnotatedElement，該接口定義了獲取注解信息的幾個方法，Class、Constructor、Field、Method、Package等都實現了該接口，對反射熟悉的朋友應該都會很熟悉這種解析方式。

• 編譯時解析

編譯時解析有兩種機制，分別簡單描述下：

1）Annotation Processing Tool

apt自JDK5產生，JDK7已標記為過期，不推薦使用，JDK8中已徹底刪除，自JDK6開始，可以使用Pluggable Annotation Processing API來替換它，apt被替換主要有2點原因：

• api都在com.sun.mirror非標准包下
• 沒有集成到javac中，需要額外運行

2）Pluggable Annotation Processing API

JSR 269自JDK6加入，作為apt的替代方案，它解決了apt的兩個問題，javac在執行的時候會調用實現了該API的程序，這樣我們就可以對編譯器做一些增強，這時javac執行的過程如下： 

Lombok本質上就是一個實現了“JSR 269 API”的程序。在使用javac的過程中，它產生作用的具體流程如下：

1. javac對源代碼進行分析，生成了一棵抽象語法樹（AST）
2. 運行過程中調用實現了“JSR 269 API”的Lombok程序
3. 此時Lombok就對第一步驟得到的AST進行處理，找到@Data注解所在類對應的語法樹（AST），然后修改該語法樹（AST），增加getter和setter方法定義的相應樹節點
4. javac使用修改后的抽象語法樹（AST）生成字節碼文件，即給class增加新的節點（代碼塊）

拜讀了Lombok源碼，對應注解的實現都在HandleXXX中，比如@Getter注解的實現時HandleGetter.handle()。還有一些其它類庫使用這種方式實現，比如Google Auto、Dagger等等。

4. Lombok的優缺點

優點：

1. 能通過注解的形式自動生成構造器、getter/setter、equals、hashcode、toString等方法，提高了一定的開發效率
2. 讓代碼變得簡潔，不用過多的去關注相應的方法
3. 屬性做修改時，也簡化了維護為這些屬性所生成的getter/setter方法等

缺點：

1. 不支持多種參數構造器的重載
2. 雖然省去了手動創建getter/setter方法的麻煩，但大大降低了源代碼的可讀性和完整性，降低了閱讀源代碼的舒適度