自定义Lombok注解

Java 是一门"繁琐"的语言，使用 Lombok 可以显著地减少样板代码。比如使用 @Getter 注解可以为你的私有属性创建 get 方法。

源代码

@Getter private int age = 10;

生成后代码

private int age = 10;
public int getAge() {
  return age;
}

Lombok 自身已经拥有许多非常实用的注解，例如 @Getter / @Value / @Data / @Builder 等等。但你可能也想定义自己的注解来减少重复代码，本文将讲解如何实现这一目标。

Lombok是如何实现代码注入的?

在使用 javac 编译器时（netbeans，maven，gradle），Lombok 会以 annotation processor 方式运行。 Javac 会以 SPI 方式加载所有 jar 包中 META-INF/services/javax.annotation.processing.Processor 文件所列举的类，并以 annotation processor 的方式运行它。对于 Lombok，这个类是 lombok.launch.AnnotationProcessorHider$AnnotationProcessor ，当它被 javac 加载创建后，会执行 init方法，在这个方法中会启动一个特殊的类加载器 ShadowClassLoader ，加载同 jar 包下所有以 .SCL.lombok 结尾的类（Lombok 为了对 IDE 隐藏这些类，所以不是通常地以 .class 结尾）。其中就包含各式各样的 handler 。每个 handler 申明并处理一种注解，比如 @Getter 对应 HandleGetter 。

委派给 handler 时，Lombok Annotation Processor 会提供一个被注解节点的Abstract Syntax Tree (AST)节点对象，它可能是一个方法、属性或类。在 handler 中 可以对这个 AST 进行修改，之后编译器将从被修改后的 AST 生成字节码。

下面我们以 @KLog 为例，说明如何编写 Handler 。假设我们希望实现这样的效果：

源代码

@KLog public class Foo { }

生成后代码

public class Foo {
    private static final com.example.log.KLogger log = com.example.log.KLoggerFactory.getLogger(Foo.class);
}

KLog 可能是我们的日志类，在通用日志类的基础上做了一些扩展。 使用 @KLog 可以避免因复制粘贴代码导致入参错误，也有利于统一命名。为了实现这个注解，我们需要实现：

• 创建 Javac Handler
• 创建 Eclipse Handler
• 创建 lombok-intellij-plugin Handler

前期准备：Fork Lombok 工程

我们需要先 fork Lombok 工程，项目中添加 Handler。前面谈到因为 shadow loader类加载的原因，在另外的工程中创建 Handler 将变得非常困难， lombok作者推荐直接fork lombok工程定制自己的 lombok.jar。

~ git clone https://github.com/rzwitserloot/lombok.git

需要注意的是，lombok 需要使用 JDK9 以上版本进行编译，确保系统路径配置了正确的 JAVA_HOME 路径，然后执行 ant maven 将构建可以用于安装本地仓库的 jar 包。 可以运行以下命令将构建的 jar 包安装到本地仓库进行工程间共享：

~ mvn install:install-file -Dfile=dist/lombok-{lombok-version}.jar -DpomFile=build/mavenPublish/pom.xml

创建@KLog

package lombok.extern.klog;

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

@Retention(RetentionPolicy.SOURCE) // 1
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface KLog {
    String topic() default "";
}

这个注解只用编译阶段，所以使用 RetentionPolicy.SOURCE 就可以

创建 Javac Handler

创建注解后，我们需要再实现一个 Handler 来处理被注解标注了的对象（ Foo ）。 我们将创建一个属性的 AST 节点，然后插入到 Foo 类对应的节点。

/**
 * Handles the {@link lombok.extern.klog.KLog} annotation for javac.
 */
@ProviderFor(JavacAnnotationHandler.class) // 1
public class HandleKLog extends JavacAnnotationHandler<lombok.extern.klog.KLog> {

    private static final String LOG_FIELD_NAME = "log";

    @Override
    public void handle(final AnnotationValues<KLog> annotation, final JCTree.JCAnnotation ast, final JavacNode annotationNode) {
        JavacNode typeNode = annotationNode.up(); // 2

        if (!checkFieldInject(annotationNode, typeNode)) {
            return;
        }

        JCTree.JCVariableDecl fieldDecl = createField(annotation, annotationNode, typeNode);
        injectFieldAndMarkGenerated(typeNode, fieldDecl); // 3
    }
}

1. lombok 使用 SPI 方式发现 Handler，这里 mangosdk 的注解 @ProviderFor(JavacAnnotationHandler.class) 会为我们生成对应 services 文件；
2. Foo 是 @KLog 的上层节点；
3. 将属性插入到注解所应用的节点，即 Foo 。

上述代码先检查是否可以插入属性，然后创建属性并插入到 Foo 节点。为什么需要检查？ 因为如果已经存在同名的属性或者注解所应用的类不是一个 class 就无法插入。

private boolean checkFieldInject(final JavacNode annotationNode, final JavacNode typeNode) {
    if (typeNode.getKind() != AST.Kind.TYPE) {
        annotationNode.addError("@KLog is legal only on types.");
        return false;
    }
    if ((((JCTree.JCClassDecl)typeNode.get()).mods.flags & Flags.INTERFACE) != 0) {
        annotationNode.addError("@KLog is legal only on classes and enums.");
        return false;
    }
    if (fieldExists(LOG_FIELD_NAME, typeNode) != JavacHandlerUtil.MemberExistsResult.NOT_EXISTS) {
        annotationNode.addWarning("Field '" + LOG_FIELD_NAME + "' already exists.");
        return false;
    }
    return true;
}

接着我们实现属性的创建（createField）。我们需要创建属性的 AST 节点，AST 树的结构像下面这样：

具体到我们需要生成的实际代码则是这样：

创建属性的代码较为复杂，涉及到许多 AST 包相关的操作，需要熟悉相关 API 的含义。创建 log 属性的代码如下：

private JCTree.JCVariableDecl createField(final AnnotationValues<KLog> annotation, final JavacNode annotationNode, final JavacNode typeNode) {
    JavacTreeMaker maker = typeNode.getTreeMaker();
    Name name = ((JCTree.JCClassDecl) typeNode.get()).name;
    JCTree.JCFieldAccess loggingType = maker.Select(maker.Ident(name), typeNode.toName("class"));

    JCTree.JCExpression loggerType = chainDotsString(typeNode, "com.example.log.KLogger");
    JCTree.JCExpression factoryMethod = chainDotsString(typeNode, "com.example.log.KLoggerFactory.getLogger");

    JCTree.JCExpression loggerName;
    String topic = annotation.getInstance().topic();
    if (topic == null || topic.trim().length() == 0) { // 1
        loggerName = loggingType;
    } else {
        loggerName = maker.Literal(topic);
    }

    JCTree.JCMethodInvocation factoryMethodCall = maker.Apply(List.<JCTree.JCExpression>nil(), factoryMethod, loggerName != null ? List.of(loggerName) : List.<JCTree.JCExpression>nil());

    return recursiveSetGeneratedBy(maker.VarDef(
            maker.Modifiers(Flags.PRIVATE | Flags.FINAL | Flags.STATIC ),
            typeNode.toName(LOG_FIELD_NAME), loggerType, factoryMethodCall), annotationNode.get(), typeNode.getContext());
}

如果指定了 KLog(topic) 就使用 KLoggerFactory.getLogger(topic) ，否则使用 KLoggerFactory.getLogger(topic) 。

添加了 Javac Handler 之后我们就可以在 maven 中使用 @KLog 了，但还无法用于Eclipse/ejc，我们需要继续添加 Eclipse Handler。

创建Eclipse Handler

package lombok.eclipse.handlers;

import lombok.core.AST;
import lombok.core.AnnotationValues;
import lombok.eclipse.EclipseAnnotationHandler;
import lombok.eclipse.EclipseNode;
import lombok.extern.klog.KLog;
import org.eclipse.jdt.internal.compiler.ast.*;
import org.eclipse.jdt.internal.compiler.classfmt.ClassFileConstants;
import org.mangosdk.spi.ProviderFor;

import java.lang.reflect.Modifier;
import java.util.Arrays;

import static lombok.eclipse.Eclipse.fromQualifiedName;
import static lombok.eclipse.handlers.EclipseHandlerUtil.*;

/**
 * Handles the {@link KLog} annotation for Eclipse.
 */
@ProviderFor(EclipseAnnotationHandler.class)
public class HandleKLog extends EclipseAnnotationHandler<KLog> {

    private static final String LOG_FIELD_NAME = "log";

    @Override
    public void handle(final AnnotationValues<KLog> annotation, final Annotation source, final EclipseNode annotationNode) {
        EclipseNode owner = annotationNode.up();

        if (owner.getKind() != AST.Kind.TYPE) {
            return;
        }

        TypeDeclaration typeDecl = null;
        if (owner.get() instanceof TypeDeclaration) typeDecl = (TypeDeclaration) owner.get();
        int modifiers = typeDecl == null ? 0 : typeDecl.modifiers;

        boolean notAClass = (modifiers &
                (ClassFileConstants.AccInterface | ClassFileConstants.AccAnnotation)) != 0;

        if (typeDecl == null || notAClass) {
            annotationNode.addError("@KLog is legal only on classes and enums.");
            return;
        }

        if (fieldExists(LOG_FIELD_NAME, owner) != EclipseHandlerUtil.MemberExistsResult.NOT_EXISTS) {
            annotationNode.addWarning("Field '" + LOG_FIELD_NAME + "' already exists.");
            return;
        }

        ClassLiteralAccess loggingType = selfType(owner, source);

        FieldDeclaration fieldDeclaration = createField(source, loggingType, annotation.getInstance().topic());
        fieldDeclaration.traverse(new SetGeneratedByVisitor(source), typeDecl.staticInitializerScope);
        injectField(owner, fieldDeclaration);
        owner.rebuild();
    }

    private static ClassLiteralAccess selfType(EclipseNode type, Annotation source) {
        int pS = source.sourceStart, pE = source.sourceEnd;
        long p = (long) pS << 32 | pE;

        TypeDeclaration typeDeclaration = (TypeDeclaration) type.get();
        TypeReference typeReference = new SingleTypeReference(typeDeclaration.name, p);
        setGeneratedBy(typeReference, source);

        ClassLiteralAccess result = new ClassLiteralAccess(source.sourceEnd, typeReference);
        setGeneratedBy(result, source);

        return result;
    }

    private static FieldDeclaration createField(Annotation source, ClassLiteralAccess loggingType, String loggerTopic) {
        int pS = source.sourceStart, pE = source.sourceEnd;
        long p = (long) pS << 32 | pE;

        // private static final com.example.log.KLogger log = com.example.log.KLoggerFactory.getLogger(Foo.class);
        FieldDeclaration fieldDecl = new FieldDeclaration(LOG_FIELD_NAME.toCharArray(), 0, -1);
        setGeneratedBy(fieldDecl, source);
        fieldDecl.declarationSourceEnd = -1;
        fieldDecl.modifiers = Modifier.PRIVATE | Modifier.STATIC | Modifier.FINAL;

        fieldDecl.type = createTypeReference("com.example.log.KLog", source);

        MessageSend factoryMethodCall = new MessageSend();
        setGeneratedBy(factoryMethodCall, source);

        factoryMethodCall.receiver = createNameReference("com.example.log.KLoggerFactory", source);
        factoryMethodCall.selector = "getLogger".toCharArray();

        Expression parameter = null;
        if (loggerTopic == null || loggerTopic.trim().length() == 0) {
            TypeReference copy = copyType(loggingType.type, source);
            parameter = new ClassLiteralAccess(source.sourceEnd, copy);
            setGeneratedBy(parameter, source);
        } else {
            parameter = new StringLiteral(loggerTopic.toCharArray(), pS, pE, 0);
        }

        factoryMethodCall.arguments = new Expression[]{parameter};
        factoryMethodCall.nameSourcePosition = p;
        factoryMethodCall.sourceStart = pS;
        factoryMethodCall.sourceEnd = factoryMethodCall.statementEnd = pE;

        fieldDecl.initialization = factoryMethodCall;

        return fieldDecl;
    }

    public static TypeReference createTypeReference(String typeName, Annotation source) {
        int pS = source.sourceStart, pE = source.sourceEnd;
        long p = (long) pS << 32 | pE;

        TypeReference typeReference;
        if (typeName.contains(".")) {

            char[][] typeNameTokens = fromQualifiedName(typeName);
            long[] pos = new long[typeNameTokens.length];
            Arrays.fill(pos, p);

            typeReference = new QualifiedTypeReference(typeNameTokens, pos);
        } else {
            typeReference = null;
        }

        setGeneratedBy(typeReference, source);
        return typeReference;
    }
}

Eclipse Handler 的代码比 Javac Handler 复杂不少，因为 Eclipse 的 AST 不如 Javac 简洁。 代码中创建的节点都需要关联上源码的行数，如果生成的代码出错，Eclipse 可以正确定位到 @KLog 。

在 Lombok 工程目录下执行 ant maven 会生成 dist/lombok.jar 文件，双击运行这个 jar 打开 eclipse installer 窗口。 选择你所使用的 Eclipse，重启 Eclipse 并重新构建工程就可以使用新添加的注解了。

创建lombok-intellij-plugin Handler

对于 Intellij IDEA 的用户，还需要在 lombok-intellij-plugin 插件中添加额外的实现。插件的实现和 lombok 实现相互独立，无法复用。

package de.plushnikov.intellij.plugin.processor.clazz.log;

import lombok.extern.klog.KLog;

public class KLogProcessor extends AbstractLogProcessor {

  private static final String LOGGER_TYPE = "com.example.log.KLog";
  private static final String LOGGER_CATEGORY = "%s.class";
  private static final String LOGGER_INITIALIZER = "com.example.log.KLoggerFactory(%s)";

  public KLogProcessor() {
    super(KLog.class, LOGGER_TYPE, LOGGER_INITIALIZER, LOGGER_CATEGORY);
  }
}

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<idea-plugin url="https://github.com/mplushnikov/lombok-intellij-plugin">
  <extensions defaultExtensionNs="Lombook Plugin">
    <processor implementation="de.plushnikov.intellij.plugin.processor.clazz.log.KLogProcessor"/>
  </extensions>
</idea-plugin>

public class LombokLoggerHandler extends BaseLombokHandler {

  protected void processClass(@NotNull PsiClass psiClass) {
    final Collection<AbstractLogProcessor> logProcessors = Arrays.asList(
      new CommonsLogProcessor(), new JBossLogProcessor(),
      new Log4jProcessor(), new Log4j2Processor(), new LogProcessor(),
      new Slf4jProcessor(), new XSlf4jProcessor(), new FloggerProcessor(), new KLogProcessor());

      // ...
  }
}

插件编译执行 ./gradlew build ，在 build/distributions 目录下会生成 lombok-plugin-{version}.zip 文件。 在 IntelliJ 中选择 Preferences > Plugins > Install Plugin from disk 安装之前构建得到的文件，重启 IntelliJ。

总结

本文以 @KLog 注解为例，讲述了如何实现 Javac/Eclipse/Intellij 的 Lombok Handler，不同编译器的语法树结构不同，所以需要分别实现。 Eclipse Handler 的实现较为繁琐，如果团队成员没有使用 Eclipse 的也可以略去不实现。

通过上面的例子，你可以定义自己的注解及 Handler。复杂的代码生成会涉及更多的 AST 操作，你可以参考 Lombok 已有的例子了解这些 API 的用法。为了清楚地展示 AST 的构造，log 属性的创建没有使用 Lombok 通用的日志处理类 HandleLog， Lombok 的 @Slf4j/@Log4j/@Log 等都是通过它实现，使用它实现 @KLog 会更为简单。

Lombok 的本质是通过修改 AST 语法树从而影响到最后的字节码生成，普通的 Java Annotation Processor 只能创建新的类而不能修改既有类，这使得 Lombok 尤为强大、无可替代。但同样的，这种方式依赖于特定编译器的语法树结构，需要对编译器语法树相关类较为熟悉才能实现。这些结构也不属于 Java 标准，随时可能发生变化。

Happy coding!