Java开源工具库使用之Lombok

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前言
一、常用注解
- 1.1 @AllArgsConstructor/@NoArgsConstructor/@RequiredArgsConstructor
- 1.2 @Builder
- 1.3 @Data
- 1.4 @EqualsAndHashCode
- 1.5 @Getter/@Setter
- 1.6 @Slf4j/@Log4j/@Log4j2/@Log
- 1.7 @ToString
二、踩坑
- 2.1 Getter/Setter 方法名不一样
- 2.2 @Builder 不会生成无参构造方法
- 2.3 @Builder 不能build父类属性
- 2.4 @ToString 栈溢出
- 2.5 影响单元测试覆盖率
三、源码探秘
- 3.1 APT与JSR 269
- 3.2 实现流程
- 3.3 源码追踪
四、优缺点
- 4.1 优点
- 4.2 缺点
参考

前言

Lombok 是一款在 Java 开发中广受欢迎的工具库，它能够显著简化 Java 代码的编写过程并减少样板代码的冗余。在面对频繁的getter和setter方法、构造函数、日志记录等重复性代码任务时，Lombok 的出现为开发者带来了极大的便利，无需手动编写这些重复性的代码，减少了代码量，提高了开发效率。

Lombok的使用非常简单，只需在项目中引入 Lombok 库，并在需要的类上添加相应的注解即可。另外，大多数流行的Java集成开发环境（IDE）也都提供了对Lombok 的支持，可以在代码编辑器中正确显示自动生成的代码， IDEA2021 已经内置 Lombok 了。

文档：https://projectlombok.org/features/

pom 依赖如下：

<dependency><groupId>org.projectlombok</groupId><artifactId>lombok</artifactId><version>1.18.20</version><scope>provided</scope>
</dependency>

一、常用注解

1.1 @AllArgsConstructor/@NoArgsConstructor/@RequiredArgsConstructor

这三个注解能够生成类的构造器

@AllArgsConstructor 能够生成由所有参数构造的构造方法

@AllArgsConstructor
public class Test {private Integer age;private String userName;
}

生成构造方法，参数顺序为实例类中元素顺序

public class Test {private Integer age;private String userName;public Test(Integer age, String userName) {this.age = age;this.userName = userName;}
}

@NoArgsConstructor 能够生成无参构造方法

@NoArgsConstructor
public class Test {private Integer age = 1;private String userName = "";
}

生成无参构造方法

public class Test {private Integer age;private String userName;public Test() {}
}

@RequiredArgsConstructor 可以为类内 final 字段和被 @nonNull 修饰的字段添加构造方法

@RequiredArgsConstructor
public class Test {private Integer age;private String userName;private final  String password;@NonNullprivate  String [] lists;
}

转化为

public class Test {private Integer age;private String userName;private final String password;private @NonNull String[] lists;public Test(String password, @NonNull String[] lists) {if (lists == null) {throw new NullPointerException("lists is marked non-null but is null");} else {this.password = password;this.lists = lists;}}
}

1.2 @Builder

@builder 能够生成支持Builder模式的类，提供一种灵活、可读性高且易于维护的方式来构建对象，尤其是当对象具有多个属性，且需要支持可选参数和默认值时，Builder模式特别有用.

@Builder
public class Test {@Builder.Defaultprivate Integer age = 18;private String userName;private final  String password;@NonNullprivate  String [] lists;
}

转化如下：

public class Test {private Integer age;private String userName;private final String password;private @NonNull String[] lists;private static Integer $default$age() {return 18;}Test(Integer age, String userName, String password, @NonNull String[] lists) {if (lists == null) {throw new NullPointerException("lists is marked non-null but is null");} else {this.age = age;this.userName = userName;this.password = password;this.lists = lists;}}public static TestBuilder builder() {return new TestBuilder();}public static class TestBuilder {private boolean age$set;private Integer age$value;private String userName;private String password;private String[] lists;TestBuilder() {}public TestBuilder age(Integer age) {this.age$value = age;this.age$set = true;return this;}public TestBuilder userName(String userName) {this.userName = userName;return this;}public TestBuilder password(String password) {this.password = password;return this;}public TestBuilder lists(@NonNull String[] lists) {if (lists == null) {throw new NullPointerException("lists is marked non-null but is null");} else {this.lists = lists;return this;}}public Test build() {Integer age$value = this.age$value;if (!this.age$set) {age$value = Test.$default$age();}return new Test(age$value, this.userName, this.password, this.lists);}public String toString() {return "Test.TestBuilder(age$value=" + this.age$value + ", userName=" + this.userName + ", password=" + this.password + ", lists=" + Arrays.deepToString(this.lists) + ")";}}
}

1.3 @Data

等价于 @Getter, @Setter, @RequiredArgsConstructor, @ToString, @EqualsAndHashCode

1.4 @EqualsAndHashCode

能够生成equals 和hashCode方法, 可通过 callSuper = true 来调用父类的同名方法，不参与计算的属性可通过@EqualsAndHashCode.Exclude进行排除

@EqualsAndHashCode
public class Test {private Integer age = 18;private String userName;
}

转化为

public class Test {private Integer age = 18;private String userName;public Test() {}public boolean equals(Object o) {if (o == this) {return true;} else if (!(o instanceof Test)) {return false;} else {Test other = (Test)o;if (!other.canEqual(this)) {return false;} else {Object this$age = this.age;Object other$age = other.age;if (this$age == null) {if (other$age != null) {return false;}} else if (!this$age.equals(other$age)) {return false;}Object this$userName = this.userName;Object other$userName = other.userName;if (this$userName == null) {if (other$userName != null) {return false;}} else if (!this$userName.equals(other$userName)) {return false;}return true;}}}protected boolean canEqual(Object other) {return other instanceof Test;}public int hashCode() {int PRIME = 59; // 这里IDEA反编译有bug，显示为int PRIME = true;int result = 1;Object $age = this.age;result = result * 59 + ($age == null ? 43 : $age.hashCode());Object $userName = this.userName;result = result * 59 + ($userName == null ? 43 : $userName.hashCode());return result;}

1.5 @Getter/@Setter

生成getter和setter方法，默认跳过静态字段和以$开头的字段

@Getter
@Setter
public class Test {private Integer age = 18;private String userName;
}

转化为

public class Test {private Integer age = 18;private String userName;public Test() {}public Integer getAge() {return this.age;}public String getUserName() {return this.userName;}public void setAge(Integer age) {this.age = age;}public void setUserName(String userName) {this.userName = userName;}
}

1.6 @Slf4j/@Log4j/@Log4j2/@Log

在类中生成1个字段log，用于记录日志, 使用不同的日志框架可以使用不同的注解

@log4j2
public class Test {private Integer age = 18;private String userName;public static void main(String[] args) {log.info("{}在哪？", "我");}
}

public class Test {private static final Logger log = LogManager.getLogger(Test.class);private Integer age = 18;private String userName;public Test() {}public static void main(String[] args) {log.info("{}在哪？", new Object[]{"我"});}
}

1.7 @ToString

默认将打印所有非静态字段，可以用@ToString.Exclude注解排除不想打印的字段

@ToString
public class Test {private Integer age;private String userName;
}

public class Test {private Integer age;private String userName;public Test() {}public String toString() {return "Test(age=" + this.age + ", userName=" + this.userName + ")";}
}

二、踩坑

2.1 Getter/Setter 方法名不一样

在类中，开头只有一个小写字母的字段，如 iPhone, 当使用 Lombok 生成 getter、setter 方法时，它生成getter和setter方法如下：

public String getIPhone() {return this.iPhone;
}
public void setIPhone(String iPhone) {this.iPhone = iPhone;
}

和在IDEA中使用快捷键生成的不一样

public String getiPhone() {return iPhone;
}public void setiPhone(String iPhone) {this.iPhone = iPhone;
}

在 SpringBoot 项目中使用 @RequestBody 接收 json 数据时，默认通过 Jackson 处理，而 jackson 处理实体，会从getter/setter方法获取具体的字段名，具体源码位于DefaultAccessorNamingStrategy.legacyManglePropertyName, 如下所示：

/*** Method called to figure out name of the property, given * corresponding suggested name based on a method or field name.** @param basename Name of accessor/mutator method, not including prefix*  ("get"/"is"/"set")*/
protected String legacyManglePropertyName(final String basename, final int offset)
{final int end = basename.length();if (end == offset) { // empty name, nopereturn null;}char c = basename.charAt(offset);// 12-Oct-2020, tatu: Additional configurability; allow checking that//    base name is acceptable (currently just by checking first character)if (_baseNameValidator != null) {if (!_baseNameValidator.accept(c, basename, offset)) {return null;}}// next check: is the first character upper case? If not, return as ischar d = Character.toLowerCase(c);if (c == d) {return basename.substring(offset);}// otherwise, lower case initial chars. Common case first, just one charStringBuilder sb = new StringBuilder(end - offset);sb.append(d);int i = offset+1;for (; i < end; ++i) {c = basename.charAt(i);d = Character.toLowerCase(c);if (c == d) {sb.append(basename, i, end);break;}sb.append(d);}return sb.toString();
}

以上代码会将生成的 set/get/is 等方法获取字段, 将方法中 set/get/is 按照偏移量移除，然后找到第一个小写的字符，之前的大写字符都会变为小写，这就会导致问题，IPhone会变为 iphone 和字段 iPhone 不同，会导致问题

Lombok 开发者也意识到这种问题，并提供了解决方案：https://projectlombok.org/features/GetterSetter

lombok.accessors.capitalization = [basic | beanspec] (default: basic)

Controls how tricky cases like uShaped (one lowercase letter followed by an upper/titlecase letter) are capitalized. basic capitalizes that to getUShaped, and beanspec capitalizes that to getuShaped instead.
Both strategies are commonly used in the java ecosystem, though beanspec is more common.

用 Lombok 的配置来解决。在项目resource目录下创建 lombok.config文件，并添加以下配置项

lombok.accessors.capitalization = beanspec

2.2 @Builder 不会生成无参构造方法

当使用@Builder后，会有生成全部参数的构造函数，但是没有无参构造方法，这对Spring IOC等框架不太友好，框架需要无参构造函数构造对象。所以，第一感觉就是再加上@NoArgsConstructor，但是又报错了.

原因分析：如果只是@Builder，那会生成全参构造方法，加上@NoArgsConstructor，全参构造方法就没了。翻看源码文档

If a class is annotated, then a package-private constructor is generated with all fields as arguments (as if @AllArgsConstructor(access = AccessLevel.PACKAGE) is present on the class), and it is as if this constructor has been annotated with @Builder instead. Note that this constructor is only generated if you haven’t written any constructors and also haven’t added any explicit @XArgsConstructor annotations. In those cases, lombok will assume an all-args constructor is present and generate code that uses it; this means you’d get a compiler error if this constructor is not present

翻译一下

如果一个类被注解，那么将生成一个包专用构造函数，其中所有字段都作为参数（就好像类上存在@AllArgsConstructor（access=AccessLevel.package）一样），并且就好像这个构造函数是用@Builder注解的一样。请注意，只有当您没有编写任何构造函数，也没有添加任何显式@XArgsConstructor注解时，才会生成此构造函数。在这些情况下，lombok将假设存在一个all-args构造函数，并生成使用它的代码；这意味着如果这个构造函数不存在，就会出现编译器错误。

文档说的很明白，当加上@NoArgsConstructor时，不会生成全参构造方法，造成编译错误

解决方法：很简单，再加上@AllArgsConstructor

2.3 @Builder 不能build父类属性

有两种方案：

添加一个构造方法，包含父类的属性

@Data
@AllArgsConstructor
public class Parent {private String foo;private Integer bar;
}

@ToString(callSuper = true)
public class Child extends Parent {private Integer age;private String userName;@Builderpublic Child(String foo, Integer bar, Integer age, String userName) {super(foo, bar);this.age = age;this.userName = userName;}
}

使用@Superbuilder, 这是实验性的 API，不知未来是否删除，慎用

@Data
@AllArgsConstructor
@SuperBuilder
public class Parent {private String foo;private Integer bar;
}

@ToString(callSuper = true)
@SuperBuilder
public class Child extends Parent {private Integer age;private String userName;}

2.4 @ToString 栈溢出

在使用 JPA 时，实体之间为多对多关系，相互引用，在调用toString方法是陷入无限递归，栈溢出

可以使用@ToString.Exclude 注解排除多对多引用的字段

2.5 影响单元测试覆盖率

在项目中使用了**@Data** 注解，在使用 Jacoco 对代码进行单元测试，会发现测试覆盖率比较低，一些自动生成的方法没有覆盖到

解决方法：加上以下配置，Lombok会在为由其生成的构造方法、方法、字段和类型中增加@Generated注解，然后Jacoco借助这个注解来实现更为准去的排除。

config.stopBubbling = true
lombok.addLombokGeneratedAnnotation = true

三、源码探秘

3.1 APT与JSR 269

编译时注解有以下两种方案：

APT(Annotation Processing Tool)，自JDK5产生，JDK7已标记为过期，不推荐使用，JDK8中已彻底删除，自JDK6开始，可以使用Pluggable Annotation Processing API来替换它，apt被替换主要有2点原因：
- api都在com.sun.mirror非标准包下
- 没有集成到javac中，需要额外运行
JSR-269(Pluggable Annotation Processing API，插件式注解处理器）JDK6 开始纳入了规范，作为apt的替代方案，它解决了apt的以上两个问题。关于处理注解的包在javax.annotation.processing, 集成到javac中，javac 过程如下：
- Parse and Enter：所有在命令行中指定的源文件都被读取，解析成语法树，然后所有外部可见的定义都被输入到编译器的符号表中。
- Annotation Processing：调用所有适当的注解处理器。如果任何注解处理程序生成任何新的源文件或类文件，则重新开始编译，直到没有创建任何新文件为止。
- Analyse and Generate：最后，解析器创建的语法树将被分析并转换为类文件。在分析过程中，可能会发现对其他类的引用。编译器将检查这些类的源和类路径，如果在源路径上找到它们，也会编译这些文件，尽管它们不需要进行注解处理。

3.2 实现流程

在Javac 解析成 AST(Abstract Syntax Tree, 抽象语法树)之后, Lombok 根据自己编写的注解处理器，动态地修改 AST，增加新的节点（即Lombok自定义注解所需要生成的代码），最终通过分析生成 JVM 可执行的字节码Class文件。

具体流程如下：

在编译Java源代码时，Java编译器会调用注解处理器API。注解处理器会扫描源代码中的注解，找到Lombok相关的注解。
注解处理器：Lombok的注解处理器会解析并处理这些注解。它会通过解析AST来了解源代码的结构，并根据注解生成相应的代码。
代码生成：根据注解的类型，Lombok的注解处理器会生成与注解相关的代码片段。例如，@Getter注解会自动生成对应属性的getter方法，@Setter注解会自动生成对应属性的setter方法。
代码替换：生成的代码片段将会替换原始源代码中与注解相关的部分。这意味着在编译后的字节码中，生成的代码将取代原始代码，从而实现了代码的增强和简化。
编译结果：最终，通过注解处理器的处理，源代码中标记了Lombok注解的部分将会被替换为生成的代码。这些生成的代码将包含在编译后的类文件中，以便在运行时使用。

3.3 源码追踪

打开 lombok.jar 文件,会发现不包含许多.class文件,而是包含名为.SCL.lombok的文件。其实.SCL.lombok文件是.class文件, Lombok 的构建脚本在生成 jar 文件时重命名它们，而 ShadowClassLoader 能够加载这些类，并且首字母缩略词 SCL 似乎来自于此，似乎这样做的原因只是"避免使用基于 SC L的 jar 污染任何项目的命名空间

lombok jar包从maven下载源码，有部分代码找不到源码，IDEA反编译为空，暂未找到解决方法

下面以@Get注解为例，查看 lombok 是如何生成getter方法的：

首先找到的类是LombokProcessor这个类，它继承了AbstractProcessor, 我们知道在自定义一个 APT 的时候需要继承 AbstractProcessor ，并实现其最核心的 process 方法来对当前轮编译的结果进行处理，在 Lombok 中也不例外，Lombok 也是通过一个顶层的 Processor 来接收当前轮的编译结果，而这个 Processor 就是 LombokProcessor 重点关注process方法的这一段
```
transformer.transform(prio, javacProcessingEnv.getContext(), cusForThisRound, cleanup);
```

JavacTransformer.transform具体如下

public void transform(long priority, Context context, List<JCCompilationUnit> compilationUnits, CleanupRegistry cleanup) {for (JCCompilationUnit unit : compilationUnits) {if (!Boolean.TRUE.equals(LombokConfiguration.read(ConfigurationKeys.LOMBOK_DISABLE, JavacAST.getAbsoluteFileLocation(unit)))) {JavacAST ast = new JavacAST(messager, context, unit, cleanup);ast.traverse(new AnnotationVisitor(priority));handlers.callASTVisitors(ast, priority);if (ast.isChanged()) LombokOptions.markChanged(context, (JCCompilationUnit) ast.top().get());}}
}

获取 AST , traverse 遍历

继续追踪，找到注解，根据注解位置处理

public void traverse(JavacASTVisitor visitor) {switch (this.getKind()) {case COMPILATION_UNIT:visitor.visitCompilationUnit(this, (JCCompilationUnit) get());ast.traverseChildren(visitor, this);visitor.endVisitCompilationUnit(this, (JCCompilationUnit) get());break;case TYPE:visitor.visitType(this, (JCClassDecl) get());ast.traverseChildren(visitor, this);visitor.endVisitType(this, (JCClassDecl) get());break;case FIELD:visitor.visitField(this, (JCVariableDecl) get());ast.traverseChildren(visitor, this);visitor.endVisitField(this, (JCVariableDecl) get());break;case METHOD:visitor.visitMethod(this, (JCMethodDecl) get());ast.traverseChildren(visitor, this);visitor.endVisitMethod(this, (JCMethodDecl) get());break;case INITIALIZER:visitor.visitInitializer(this, (JCBlock) get());ast.traverseChildren(visitor, this);visitor.endVisitInitializer(this, (JCBlock) get());break;case ARGUMENT:JCMethodDecl parentMethod = (JCMethodDecl) up().get();visitor.visitMethodArgument(this, (JCVariableDecl) get(), parentMethod);ast.traverseChildren(visitor, this);visitor.endVisitMethodArgument(this, (JCVariableDecl) get(), parentMethod);break;case LOCAL:visitor.visitLocal(this, (JCVariableDecl) get());ast.traverseChildren(visitor, this);visitor.endVisitLocal(this, (JCVariableDecl) get());break;case STATEMENT:visitor.visitStatement(this, get());ast.traverseChildren(visitor, this);visitor.endVisitStatement(this, get());break;case ANNOTATION:switch (up().getKind()) {case TYPE:// @Getter放在类上会执行这段visitor.visitAnnotationOnType((JCClassDecl) up().get(), this, (JCAnnotation) get());break;case FIELD:visitor.visitAnnotationOnField((JCVariableDecl) up().get(), this, (JCAnnotation) get());break;case METHOD:visitor.visitAnnotationOnMethod((JCMethodDecl) up().get(), this, (JCAnnotation) get());break;case ARGUMENT:JCVariableDecl argument = (JCVariableDecl) up().get();JCMethodDecl method = (JCMethodDecl) up().up().get();visitor.visitAnnotationOnMethodArgument(argument, method, this, (JCAnnotation) get());break;case LOCAL:visitor.visitAnnotationOnLocal((JCVariableDecl) up().get(), this, (JCAnnotation) get());break;case TYPE_USE:visitor.visitAnnotationOnTypeUse(up().get(), this, (JCAnnotation) get());break;default:throw new AssertionError("Annotion not expected as child of a " + up().getKind());}break;case TYPE_USE:visitor.visitTypeUse(this, get());ast.traverseChildren(visitor, this);visitor.endVisitTypeUse(this, get());break;default:throw new AssertionError("Unexpected kind during node traversal: " + getKind());}
}

上述 JavacASTVisitor

public class JavacASTAdapter implements JavacASTVisitor {...
}

private class AnnotationVisitor extends JavacASTAdapter {private final long priority;AnnotationVisitor(long priority) {this.priority = priority;}@Override public void visitAnnotationOnType(JCClassDecl type, JavacNode annotationNode, JCAnnotation annotation) {JCCompilationUnit top = (JCCompilationUnit) annotationNode.top().get();// 执行这段handlers.handleAnnotation(top, annotationNode, annotation, priority);}...
}

上述handlers时HandlerLibrary类型， HandlerLibrary 中 handleAnnotation如下

public void handleAnnotation(JCCompilationUnit unit, JavacNode node, JCAnnotation annotation, long priority) {TypeResolver resolver = new TypeResolver(node.getImportList());String rawType = annotation.annotationType.toString();String fqn = resolver.typeRefToFullyQualifiedName(node, typeLibrary, rawType);if (fqn == null) return;List<AnnotationHandlerContainer<?>> containers = annotationHandlers.get(fqn);if (containers == null) return;for (AnnotationHandlerContainer<?> container : containers) {try {if (container.getPriority() == priority) {if (checkAndSetHandled(annotation)) {// 各个注解handler调用各自的handle方法container.handle(node);} else {if (container.isEvenIfAlreadyHandled()) container.handle(node);}}} catch (AnnotationValueDecodeFail fail) {fail.owner.setError(fail.getMessage(), fail.idx);} catch (Throwable t) {String sourceName = "(unknown).java";if (unit != null && unit.sourcefile != null) sourceName = unit.sourcefile.getName();javacError(String.format("Lombok annotation handler %s failed on " + sourceName, container.handler.getClass()), t);}}}

@Get 注解相关handler类为 HandleGetter，重要的handle方法如下：

public void handle(AnnotationValues<Getter> annotation, JCAnnotation ast, JavacNode annotationNode) {handleFlagUsage(annotationNode, ConfigurationKeys.GETTER_FLAG_USAGE, "@Getter");Collection<JavacNode> fields = annotationNode.upFromAnnotationToFields();// 将@Getter注解删除deleteAnnotationIfNeccessary(annotationNode, Getter.class);// 删除lombok 引用包deleteImportFromCompilationUnit(annotationNode, "lombok.AccessLevel");JavacNode node = annotationNode.up();Getter annotationInstance = annotation.getInstance();AccessLevel level = annotationInstance.value();// 判断lazy属性boolean lazy = annotationInstance.lazy();if (lazy) handleFlagUsage(annotationNode, ConfigurationKeys.GETTER_LAZY_FLAG_USAGE, "@Getter(lazy=true)");if (level == AccessLevel.NONE) {if (lazy) annotationNode.addWarning("'lazy' does not work with AccessLevel.NONE.");return;}if (node == null) return;List<JCAnnotation> onMethod = unboxAndRemoveAnnotationParameter(ast, "onMethod", "@Getter(onMethod", annotationNode);// 根据在字段，还是类生成getter方法switch (node.getKind()) {case FIELD:createGetterForFields(level, fields, annotationNode, true, lazy, onMethod);break;case TYPE:if (lazy) annotationNode.addError("'lazy' is not supported for @Getter on a type.");generateGetterForType(node, annotationNode, level, false, onMethod);break;}
}

四、优缺点

4.1 优点

最大的优点就是减少样板代码的编写，提高开发效率
通过使用 Lombok，当类的属性发生变化时，不需要手动更新相应的 getter、setter、equals 和 hashCode 方法等，Lombok 会自动帮助生成更新后的代码，提高代码的维护性
大多数主流的 Java IDE（如 IntelliJ IDEA、Eclipse）都对 Lombok 提供了良好的支持，可以正确地识别和处理 Lombok 的注解，帮助开发者在开发过程中更好地理解和调试代码
避免一些工具不支持 Lombok，提供delombok，将被 Lombok 处理后的字节码重新翻译为java源代码

4.2 缺点

在使用Lombok过程中，如果对于各种注解的底层原理不理解的话，很容易产生意想不到的结果

举一个简单的例子，我们知道，当我们使用@Data定义一个类的时候，会自动帮我们生成equals()方法。但是如果只使用了@Data，而不使用@EqualsAndHashCode(callSuper=true)的话，会默认是@EqualsAndHashCode(callSuper=false),这时候生成的equals()方法只会比较子类的属性，不会考虑从父类继承的属性
同样的，尽管 Lombok 自动生成的代码可以减少重复性代码，但有时候也可能会导致可读性下降。由于生成的代码被隐藏起来，其他开发人员可能不太容易理解代码的实际逻辑
调试困难：由于Lombok会修改源代码，导致在调试时可能无法准确地查看和追踪生成的代码。这可能会对代码调试和排错造成一定的困扰
版本兼容性：Lombok的注解处理器会直接修改Java源文件，这使得在不同版本的Java编译器和IDE之间使用Lombok可能存在兼容性问题。当你在不同环境中编译或构建项目时，可能需要额外考虑Lombok的版本兼容性
项目编译变慢了