Если вы разрабатываете корпоративные приложения, и не только, вероятно вы уже знакомы с протоколом сериализации Protocol Buffers от Google. В данной статье поговорим о его второй версии. И о том, что он заставляет писать много boilerplate кода, с которым мы и будем бороться.

Protobuff — это отличная штука — вы описываете состав вашего API в .proto файле, состоящий из примитивов, и можете сгенерировать исходный код для разных платформ — например сервер на Java и клиент на C# или наоборот. Так как чаще всего это API для внешних систем — логичнее делать его иммутабельным, собственно такой код и генерирует стандартный генератор для Java.

Рассмотрим пример:

syntax = "proto2";

option java_multiple_files = true;
package org.example.api;

message Person { //описываем объект с нужными нам полями
  required int32 id = 1; // идентификатор, поле обязательное
  required string name = 2; // имя, поле обязательное
  optional int32 age = 3; // возраст, поле опциональное
}

В итоге получаем класс с таким интерфейсом:

public interface PersonOrBuilder extends
    // @@protoc_insertion_point(interface_extends:org.example.api.Person)
    com.google.protobuf.MessageOrBuilder {


  boolean hasId();
  int getId();

  boolean hasName();
  java.lang.String getName();
  com.google.protobuf.ByteString getNameBytes();

  boolean hasAge();
  int getAge();
}

Обратите внимание, что повсюду используются примитивы (что эффективно для сериализации и производительности). Но поле age у нас необязательное, но примитив всегда имеет дефолтное значение. Именно это и пораждает кучу boilerplate кода, с которым мы и будем бороться.

Integer johnAge = john.hasAge() ? john.getAge() : null;

А ведь очень хочется написать:

Integer johnAge = john.age().orElse(null); // здесь age() - Возвращает Optional<Integer>

Protocol Buffers имеет механизм расширения с помощью plugins, и его можно написать на Java, что мы и сделаем.

Что такое плагин для protobuf?

Это запускаемый файл, который читает из стандартного входящего потока объект PluginProtos.CodeGeneratorRequest, на его основе генерирует PluginProtos.CodeGeneratorResponse и записывает его в стандартный выходной поток.

public static void main(String[] args) throws IOException {
        PluginProtos.CodeGeneratorRequest codeRequest = PluginProtos.CodeGeneratorRequest.parseFrom(System.in);
        PluginProtos.CodeGeneratorResponse codeResponse;
        try {
            codeResponse = generate(codeRequest);
        } catch (Exception e) {
            codeResponse = PluginProtos.CodeGeneratorResponse.newBuilder()
                    .setError(e.getMessage())
                    .build();
        }
        codeResponse.writeTo(System.out);
    }

Давайте рассмотрим подробнее, что мы можем сгененрировать?

PluginProtos.CodeGeneratorResponse содержит набор PluginProtos.CodeGeneratorResponse.File.
Каждый «file» — это новый класс, который мы генерируем самостоятельно. Он состоит из:

String name; // имя файла, здесь должен быть путь к файлу с учетом его package
String content; // Собственно исходный код класса
String insertionPoint; // Точка вставки

Самое важное для написания плагинов — мы не должны генерировать все классы заново — мы можем дополнять уже существующие классы используя insertionPoint. Если вернуться к сгенерированному интерфейсу выше — мы там увидим:

 // @@protoc_insertion_point(interface_extends:org.example.api.Person)

именно в эти места мы можем дописать свой код. Таким образом дописать в произвольный участок класса у нас не получится. От этого и будем отталкиваться. Как мы можем решить данную проблему? Мы можем сделать свой новый интерфейс с default методом — 
public interface PersonOptional extends PersonOrBuilder {
  default Optional<Integer> age() {
    return hasAge() ? Optional.of(getAge()) : Optional.empty();
  }
}

а для класса Person добавить имплементацию не только PersonOrBuilder, но и PersonOptional

Код для генерации нужного нам интерфейса 
@Builder
public class InterfaceWriter {

    private static final Map<DescriptorProtos.FieldDescriptorProto.Type, Class<?>> typeToClassMap = ImmutableMap.<DescriptorProtos.FieldDescriptorProto.Type, Class<?>>builder()
            .put(TYPE_DOUBLE, Double.class)
            .put(TYPE_FLOAT, Float.class)
            .put(TYPE_INT64, Long.class)
            .put(TYPE_UINT64, Long.class)
            .put(TYPE_INT32, Integer.class)
            .put(TYPE_FIXED64, Long.class)
            .put(TYPE_FIXED32, Integer.class)
            .put(TYPE_BOOL, Boolean.class)
            .put(TYPE_STRING, String.class)
            .put(TYPE_UINT32, Integer.class)
            .put(TYPE_SFIXED32, Integer.class)
            .put(TYPE_SINT32, Integer.class)
            .put(TYPE_SFIXED64, Long.class)
            .put(TYPE_SINT64, Long.class)
            .build();

    private final String packageName;
    private final String className;
    private final List<DescriptorProtos.FieldDescriptorProto> fields;

    public String getCode() {
        List<MethodSpec> methods = fields.stream().map(field -> {
            ClassName fieldClass;
            if (typeToClassMap.containsKey(field.getType())) {
                fieldClass = ClassName.get(typeToClassMap.get(field.getType()));
            } else {
                int lastIndexOf = StringUtils.lastIndexOf(field.getTypeName(), '.');
                fieldClass = ClassName.get(field.getTypeName().substring(1, lastIndexOf), field.getTypeName().substring(lastIndexOf + 1));
            }

            return MethodSpec.methodBuilder(field.getName())
                    .addModifiers(Modifier.DEFAULT, Modifier.PUBLIC)
                    .returns(ParameterizedTypeName.get(ClassName.get(Optional.class), fieldClass))
                    .addStatement("return has$N() ? $T.of(get$N()) : $T.empty()", capitalize(field.getName()), Optional.class, capitalize(field.getName()), Optional.class)
                    .build();
        }).collect(Collectors.toList());

        TypeSpec generatedInterface = TypeSpec.interfaceBuilder(className + "Optional")
                .addSuperinterface(ClassName.get(packageName, className + "OrBuilder"))
                .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
                .addMethods(methods)
                .build();

        return JavaFile.builder(packageName, generatedInterface).build().toString();
    }
}


Теперь вернем из плагина код, который нужно сгенерировать

 PluginProtos.CodeGeneratorResponse.File.newBuilder() // здесь мы не заполняем InsertionPoint, потому что это должен быть новый файл
                    .setName(String.format("%s/%sOptional.java", clazzPackage.replaceAll("\\.", "/"), clazzName))
.setContent(InterfaceWriter.builder().packageName(clazzPackage).className(clazzName).fields(optionalFields).build().getCode())
                    .build();

PluginProtos.CodeGeneratorResponse.File.newBuilder()
                            .setName(String.format("%s/%s.java", clazzPackage.replaceAll("\\.", "/"), clazzName))
                            .setInsertionPoint(String.format("message_implements:%s.%s", clazzPackage, clazzName)) // здесь мы задаем место - реализация message - добавляем ему имплементацию нового интерфейса
                            .setContent(String.format(" %s.%sOptional, ", clazzPackage, clazzName))
                            .build(),

Как будем использовать наш новый плагин? — через maven, добавляем и настраиваем наш плагин:

<plugin>
                <groupId>org.xolstice.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>protobuf-maven-plugin</artifactId>
                <version>0.6.1</version>
                <extensions>true</extensions>
                <configuration>
                    <pluginId>java8</pluginId>
                    <protoSourceRoot>${basedir}/src/main/proto</protoSourceRoot>
                    <protocPlugins>
                        <protocPlugin>
                            <id>java8</id>
                            <groupId>org.example.protobuf</groupId>
                            <artifactId>optional-plugin</artifactId>
                            <version>1.0-SNAPSHOT</version>
                            <mainClass>org.example.proto2plugin.OptionalPlugin</mainClass>
                        </protocPlugin>
                    </protocPlugins>
                </configuration>
            </plugin>

Но можно и запустить его из консоли — здесь есть одна особенность запускать нужно не только наш плагин, а перед этим нужно вызвать стандарный java компилятор (но нужно создать исполняемый файл — protoc-gen-java8 (в моем случае просто bash-скрипт).

protoc -I=./src/main/resources/ --java_out=./src/main/java/  --java8_out=./src/main/java/ ./src/main/resources/example.proto

Исходный код можно посмотреть здесь.