JavaPoet动态生成java文件源码初探

JavaPoet是用于代码生成的开源编程框架，利用JavaPoet可以方便生成.java文件。代码生成技术相当于元编程，可用于编译期根据注解等元数据动态生成java类。广泛使用的dagger，butterknife框架就是利用JavaPoet对注入注解生成所需类。相关地址：github地址

JavaPoet使用

　　JavaPoet使用比较简便，以简单的helloworld代码为例，如下：

package com.example.helloworld;

public final class HelloWorld {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Hello, JavaPoet!")
　　使用JavaPoet生成helloword代码如下所示：

MethodSpec main = MethodSpec.methodBuilder("main")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.STATIC)
    .returns(void.class)
    .addParameter(String[].class, "args")
    .addStatement("$T.out.println($S)", System.class, "Hello, JavaPoet!")
    .build();

TypeSpec helloWorld = TypeSpec.classBuilder("HelloWorld")
    .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.FINAL)
    .addMethod(main)
    .build();

JavaFile javaFile = JavaFile.builder("com.example.helloworld", helloWorld)
    .build();

javaFile.writeTo(System.out);

　　其中，JavaFile是对.java文件的抽象，TypeSpec是类的抽象，MethodSpec是方法的抽象。JavaPoet提供T,S等标识符替代字符串，T代表class，S代表string。

Java文件模型

　　JavaPoet中对.java文件及其组成进行抽象， 其java文件模型如下：

　　可以看出，JavaPoet定义java文件分为注释、import代码、类型定义三部分，其中类型（TypeSepc）和方法（MethodSepc）为框架中核心类，这对应java文件的元素组成逻辑也不难理解。

　　在JavaPoet中，所有java文件的抽象元素都定义了emit方法，如TypeSepc，ParameterSepc等，emit方法传入CodeWriter对象输出字符串。上层元素调用下层元素的emit方法，如JavaFile的emit方法调用TypeSpec的emit方法，从而实现整个java文件字符串的生成。

　　所有的java文件抽象元素的emit方法最终都会调用CodeWriter的emit方法，CodeWriter是对字符串输出的抽象。

TypeSpec/MethodSpec

　　TypeSpec是类型元素的抽象，通过Kind枚举定义class、interface、enum、annotation四种类型。TypeSpec使用Builder根据传入不同的Kind常量创建对象。TypeSpec中包含FiledSpec和MethodSpec的列表对象，在emit中遍历列表调用其emit方法。

　　MethodSpec代表方法的抽象。MethodSpec包含ParameterSepc列表对象和CodeBlock对象，CodeBlock是代码块的抽象类。CodeBlock中提供了beginControlFlow，nextControlFlow，endControlFlow等方法便于生成控制代码，同时，CodeBlock提供了L,S,T,N占位符替代字符串。

　　MethodSpec的emit方法代码如下：

void emit(CodeWriter codeWriter, String enclosingName, Set<Modifier> implicitModifiers)
        throws IOException {
    codeWriter.emitJavadoc(javadoc);
    codeWriter.emitAnnotations(annotations, false);
    codeWriter.emitModifiers(modifiers, implicitModifiers);

    if (!typeVariables.isEmpty()) {
        codeWriter.emitTypeVariables(typeVariables);
        codeWriter.emit(" ");
    }

    if (isConstructor()) {
        codeWriter.emit("$L(", enclosingName);
    } else {
        codeWriter.emit("$T $L(", returnType, name);
    }

    boolean firstParameter = true;
    for (Iterator<ParameterSpec> i = parameters.iterator(); i.hasNext(); ) {
        ParameterSpec parameter = i.next();
        if (!firstParameter) codeWriter.emit(", ");
        parameter.emit(codeWriter, !i.hasNext() && varargs);
        firstParameter = false;
    }

    codeWriter.emit(")");

    if (defaultValue != null && !defaultValue.isEmpty()) {
        codeWriter.emit(" default ");
        codeWriter.emit(defaultValue);
    }

    if (!exceptions.isEmpty()) {
        codeWriter.emit(" throws");
        boolean firstException = true;
        for (TypeName exception : exceptions) {
            if (!firstException) codeWriter.emit(",");
            codeWriter.emit(" $T", exception);
            firstException = false;
        }
    }

    if (hasModifier(Modifier.ABSTRACT)) {
        codeWriter.emit(";\n");
    } else if (hasModifier(Modifier.NATIVE)) {
        codeWriter.emit(code);
        codeWriter.emit(";\n");
    } else {
        codeWriter.emit(" {\n");

        codeWriter.indent();
        codeWriter.emit(code);
        codeWriter.unindent();

        codeWriter.emit("}\n");
   　　以上可以看出，MethodSepc通过调用codeWriter的emit方法依次输出javadoc，annotation，parameter，codeblock等方法组成元素。

自动插入import代码

　　JavaPoet框架另一个设计巧妙的地方在于能自动识别需要import的类型，如下所示：

ClassName hoverboard = ClassName.get("com.mattel", "Hoverboard");
ClassName list = ClassName.get("java.util", "List");
ClassName arrayList = ClassName.get("java.util", "ArrayList");
TypeName listOfHoverboards = ParameterizedTypeName.get(list, hoverboard);

MethodSpec beyond = MethodSpec.methodBuilder("beyond")
    .returns(listOfHoverboards)
    .addStatement("$T result = new $T<>()", listOfHoverboards, arrayList)
    .addStatement("result.add(new $T())", hoverboard)
    .addStatement("return result")
    .build();

// 生成代码
package com.example.helloworld;
import com.mattel.Hoverboard;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public final class HelloWorld {
  List<Hoverboard> beyond() {
    List<Hoverboard> result = new ArrayList<>();
    result.add(new Hoverboard());
    return result;
  }
}

　　JavaPoet能自动识别需要import的类型并生成import代码，如上代码中的Hoverboard和ArrayList类。其中ClassName代表类名的抽象。

　　在实现上，JavaPoet两次生成java文件字符串，在第一次中生成字符串用于收集import的类型信息，第二次才输出字符串到文件中。JavaFile中的writeTo方法代码如下：

public void writeTo(Appendable out) throws IOException {
    // First pass: emit the entire class, just to collect the types we'll need to import.
    CodeWriter importsCollector = new CodeWriter(NULL_APPENDABLE, indent, staticImports);
    emit(importsCollector);
    Map<String, ClassName> suggestedImports = importsCollector.suggestedImports();

    // Second pass: write the code, taking advantage of the imports.
    CodeWriter codeWriter = new CodeWriter(out, indent, suggestedImports, staticImports);
    emit(codeWriter);
　　上面代码可以看出，第一次输出字符串到NULL_APPENDABLE对象中，只作收集import类型。CodeWriter中包含importedTypes数据列表，记录需要import的类型。

总结

　　利用JavaPoet框架在编译期动态生成java文件，相当于提供了一种java的元编程方式，而在一些对性能要求较高的环境，动态生成java代码技术是替代运行时反射技术的一个很好的选项。