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常用开发库 - MapStruct工具库详解

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常用开发库 - MapStruct工具库详解

MapStruct是一款非常实用Java工具，主要用于解决对象之间的拷贝问题，比如PO/DTO/VO/QueryParam之间的转换问题。区别于BeanUtils这种通过反射，它通过编译器编译生成常规方法，将可以很大程度上提升效率。@pdai

为什么会引入MapStruct这类工具

首先看下这类工具出现的背景。@pdai

JavaBean 问题引入

在开发的时候经常会有业务代码之间有很多的 JavaBean 之间的相互转化，比如PO/DTO/VO/QueryParam之间的转换问题。之前我们的做法是：

  • 拷贝技术

    • org.apache.commons.beanutils.PropertyUtils.copyProperties
    • org.apache.commons.beanutils.BeanUtils.copyProperties
    • org.springframework.beans.BeanUtils.copyProperties
    • net.sf.cglib.beans.BeanCopier

  • 纯get/set

    • 辅助IDE插件拷贝对象时可以自动set所有方法字段 （这种方式可能有些开发人员不清楚）
    • 不仅看上去冗余添加新的字段时依然需要手动
    • 开发效率比较低

MapStruct 带来的改变

MapSturct 是一个生成类型安全， 高性能且无依赖的 JavaBean 映射代码的注解处理器（annotation processor）。

工具可以帮我们实现 JavaBean 之间的转换， 通过注解的方式。

同时， 作为一个工具类，相比于手写， 其应该具有便捷， 不容易出错的特点。

MapStruct入门例子

这里展示最基本的PO转VO的例子，使用的是IDEA + Lombok + MapStruct

Pom.xml

注意：基于当前IDEA设置并不需要mapstruct-processor的依赖

一般来说会加载两个包：

  • org.mapstruct:mapstruct: 包含Mapstruct核心，比如注解等；如果是mapstruct-jdk8会引入一些jdk8的语言特性;
  • org.mapstruct:mapstruct-processor: 处理注解用的，可以根据注解自动生成mapstruct的mapperImpl类

如下示例基于IDEA实现，可以在build阶段的annotationProcessorPaths中配置mapstruct-processor的path。

<packaging>jar</packaging>
<properties>
    <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
    <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
    <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
    <org.mapstruct.version>1.4.0.Beta3</org.mapstruct.version>
    <org.projectlombok.version>1.18.12</org.projectlombok.version>
</properties>
<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.mapstruct</groupId>
        <artifactId>mapstruct</artifactId>
        <version>${org.mapstruct.version}</version>
    </dependency>

    <!-- lombok dependencies should not end up on classpath -->
    <dependency>
        <groupId>org.projectlombok</groupId>
        <artifactId>lombok</artifactId>
        <version>${org.projectlombok.version}</version>
        <scope>provided</scope>
    </dependency>

    <!-- fastjson -->
    <dependency>
        <groupId>com.alibaba</groupId>
        <artifactId>fastjson</artifactId>
        <version>1.2.71</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>junit</groupId>
        <artifactId>junit</artifactId>
        <version>4.12</version>
        <scope>test</scope>
    </dependency>
</dependencies>

<build>
    <pluginManagement>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>3.8.1</version>
                <configuration>
                    <source>1.8</source>
                    <target>1.8</target>
                    <!-- See https://maven.apache.org/plugins/maven-compiler-plugin/compile-mojo.html -->
                    <!-- Classpath elements to supply as annotation processor path. If specified, the compiler   -->
                    <!-- will detect annotation processors only in those classpath elements. If omitted, the     -->
                    <!-- default classpath is used to detect annotation processors. The detection itself depends -->
                    <!-- on the configuration of annotationProcessors.                                           -->
                    <!--                                                                                         -->
                    <!-- According to this documentation, the provided dependency processor is not considered!   -->
                    <annotationProcessorPaths>
                        <path>
                            <groupId>org.mapstruct</groupId>
                            <artifactId>mapstruct-processor</artifactId>
                            <version>${org.mapstruct.version}</version>
                        </path>
                        <path>
                            <groupId>org.projectlombok</groupId>
                            <artifactId>lombok</artifactId>
                            <version>${org.projectlombok.version}</version>
                        </path>
                    </annotationProcessorPaths>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </pluginManagement>
</build>

Entity

这里面假设基于一些业务需求采用的是MySQL，且将一些扩展的数据放在了config字段中，并以JSON转String存储。

@Data
@Accessors(chain = true)
public class User {
    private Long id;
    private String username;
    private String password; // 密码
    private Integer sex;  // 性别
    private LocalDate birthday; // 生日
    private LocalDateTime createTime; // 创建时间
    private String config; // 其他扩展信息，以JSON格式存储
}

VO 类

最后真正展示的应该：

  • 不显示密码；
  • 将日期转换；
  • config要转成对象的list；
@Data
@Accessors(chain = true)
public class UserVo {
    private Long id;
    private String username;
    private String password;
    private Integer gender;
    private LocalDate birthday;
    private String createTime;
    private List<UserConfig> config;
    @Data
    public static class UserConfig {
        private String field1;
        private Integer field2;
    }
}

mapper(或者converter)

注意：

  • 这里没用@Mappings，且看最后编译出的类文件，会自动加
  • 密码需要ignore
@Mapper
public interface UserConverter {
    UserConverter INSTANCE = Mappers.getMapper(UserConverter.class);

    @Mapping(target = "gender", source = "sex")
    @Mapping(target = "createTime", dateFormat = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss")
    UserVo do2vo(User var1);

    @Mapping(target = "sex", source = "gender")
    @Mapping(target = "password", ignore = true)
    @Mapping(target = "createTime", dateFormat = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss")
    User vo2Do(UserVo var1);

    List<UserVo> do2voList(List<User> userList);

    default List<UserVo.UserConfig> strConfigToListUserConfig(String config) {
        return JSON.parseArray(config, UserVo.UserConfig.class);
    }

    default String listUserConfigToStrConfig(List<UserVo.UserConfig> list) {
        return JSON.toJSONString(list);
    }
}

测试类

@Test
public void do2VoTest() {
    User user = new User()
            .setId(1L)
            .setUsername("zhangsan")
            .setSex(1)
            .setPassword("abc123")
            .setCreateTime(LocalDateTime.now())
            .setBirthday(LocalDate.of(1999, 9, 27))
            .setConfig("[{\"field1\":\"Test Field1\",\"field2\":500}]");

    UserVo userVo = UserConverter.INSTANCE.do2vo(user);

    // asset
    assertNotNull(userVo);
    assertEquals(userVo.getId(), user.getId());

    // print
    System.out.println(user);
    System.out.println(userVo);
//        User(id=1, username=zhangsan, password=abc123, sex=1, birthday=1999-09-27, createTime=2020-08-17T14:54:01.528, config=[{"field1":"Test Field1","field2":500}])
//        UserVo(id=1, username=zhangsan, password=abc123, gender=1, birthday=1999-09-27, createTime=2020-08-17 14:54:01, config=[UserVo.UserConfig(field1=Test Field1, field2=500)])
}

@Test
public void vo2DoTest() {
    UserVo.UserConfig userConfig = new UserVo.UserConfig();
    userConfig.setField1("Test Field1");
    userConfig.setField2(500);

    UserVo userVo = new UserVo()
            .setId(1L)
            .setUsername("zhangsan")
            .setGender(2)
            .setCreateTime("2020-01-18 15:32:54")
            .setBirthday(LocalDate.of(1999, 9, 27))
            .setConfig(Collections.singletonList(userConfig));
    User user = UserConverter.INSTANCE.vo2Do(userVo);

    // asset
    assertNotNull(userVo);
    assertEquals(userVo.getId(), user.getId());

    // print
    System.out.println(user);
    System.out.println(userVo);
}

MapStrcut实现的原理?

MapStruct 来生成的代码， 其类似于人手写。 速度上可以得到保证。

前面例子中生成的代码可以在编译后看到, 在 target/generated-sources/annotations 里可以看到; 同时真正在代码包执行的可以在target/classes包中看到。

编译后的类

  • 编译后的class位置

  • 编译后的内容
public class UserConverterImpl implements UserConverter {

    @Override
    public UserVo do2vo(User var1) {
        if ( var1 == null ) {
            return null;
        }

        UserVo userVo = new UserVo();

        userVo.setGender( var1.getSex() );
        if ( var1.getCreateTime() != null ) {
            userVo.setCreateTime( DateTimeFormatter.ofPattern( "yyyy-MM-dd HH:mm:ss" ).format( var1.getCreateTime() ) );
        }
        userVo.setId( var1.getId() );
        userVo.setUsername( var1.getUsername() );
        userVo.setPassword( var1.getPassword() );
        userVo.setBirthday( var1.getBirthday() );
        userVo.setConfig( strConfigToListUserConfig( var1.getConfig() ) );

        return userVo;
    }

    @Override
    public User vo2Do(UserVo var1) {
        if ( var1 == null ) {
            return null;
        }

        User user = new User();

        user.setSex( var1.getGender() );
        if ( var1.getCreateTime() != null ) {
            user.setCreateTime( LocalDateTime.parse( var1.getCreateTime(), DateTimeFormatter.ofPattern( "yyyy-MM-dd HH:mm:ss" ) ) );
        }
        user.setId( var1.getId() );
        user.setUsername( var1.getUsername() );
        user.setBirthday( var1.getBirthday() );
        user.setConfig( listUserConfigToStrConfig( var1.getConfig() ) );

        return user;
    }

    @Override
    public List<UserVo> do2voList(List<User> userList) {
        if ( userList == null ) {
            return null;
        }

        List<UserVo> list = new ArrayList<UserVo>( userList.size() );
        for ( User user : userList ) {
            list.add( do2vo( user ) );
        }

        return list;
    }
}

这里面用了什么机制？

这和Lombok实现机制一致。

核心之处就是对于注解的解析上。JDK5引入了注解的同时，也提供了两种解析方式。

  • 运行时解析

运行时能够解析的注解，必须将@Retention设置为RUNTIME, 比如@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)，这样就可以通过反射拿到该注解。java.lang,reflect反射包中提供了一个接口AnnotatedElement，该接口定义了获取注解信息的几个方法，Class、Constructor、Field、Method、Package等都实现了该接口，对反射熟悉的朋友应该都会很熟悉这种解析方式。

  • 编译时解析

编译时解析有两种机制，分别简单描述下：

1）Annotation Processing Tool

apt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

2）Pluggable Annotation Processing API

JSR 269: Pluggable Annotation Processing API自JDK6加入，作为apt的替代方案，它解决了apt的两个问题，javac在执行的时候会调用实现了该API的程序，这样我们就可以对编译器做一些增强，这时javac执行的过程如下：

Lombok本质上就是一个实现了“JSR 269 API”的程序。在使用javac的过程中，它产生作用的具体流程如下：

  • javac对源代码进行分析，生成了一棵抽象语法树（AST）
  • 运行过程中调用实现了“JSR 269 API”的Lombok程序
  • 此时Lombok就对第一步骤得到的AST进行处理，找到@Data注解所在类对应的语法树（AST），然后修改该语法树（AST），增加getter和setter方法定义的相应树节点
  • javac使用修改后的抽象语法树（AST）生成字节码文件，即给class增加新的节点（代码块）

从上面的Lombok执行的流程图中可以看出，在Javac 解析成AST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。使用Annotation Processing自定义注解是在编译阶段进行修改，而JDK的反射技术是在运行时动态修改，两者相比，反射虽然更加灵活一些但是带来的性能损耗更加大。

MapStruct更多例子

:::tip
一般特性和例子最好直接参考官网例子， 这里会差异化的体现一些常见的用法。@pdai
:::

自定义属性的转化

注意在不同的JDK版本中做法不太一样。@pdai

  • JDK 8以上版本

一般常用的类型字段转换 MapStruct都能替我们完成，但是有一些是我们自定义的对象类型，MapStruct就不能进行字段转换，这就需要我们编写对应的类型转换方法，笔者使用的是JDK8，支持接口中的默认方法，可以直接在转换器中添加自定义类型转换方法。

上述例子中User对象的config属性是一个JSON字符串，UserVo对象中是List类型的，这需要实现JSON字符串与对象的互转。

default List<UserConfig> strConfigToListUserConfig(String config) {
  return JSON.parseArray(config, UserConfig.class);
}

default String listUserConfigToStrConfig(List<UserConfig> list) {
  return JSON.toJSONString(list);
}
  • JDK 8 以下版本

如果是 JDK8以下的，不支持默认方法，可以另外定义一个 转换器，然后再当前转换器的 @Mapper 中通过 uses = XXX.class 进行引用。

定义好方法之后，MapStruct当匹配到合适类型的字段时，会调用我们自定义的转换方法进行转换。

转为多个对象

比如上面例子中User可以转为UserQueryParam, 业务功能上比如通过UserQueryParam里面的参数进行查找用户的。

@Data
@Accessors(chain = true)
public class UserQueryParam {
    private Long id;
    private String username;
}

添加转换方法

UserQueryParam vo2QueryParam(User var1);

Spring中使用MapStruct

除了UserConverter.INSTANCE这种方式还可以注入Spring容器中使用。

  • componentModel

当添加componentModel="spring"时，它会在实现类上自动添加@Component注解，这样就能被Spring记性component scan，从而加载到springContext中，进而被@Autowird注入使用。（其它还有jsr330和cdi标准，基本上使用componentModel="spring"就够了）。

@Mapper(componentModel="spring")
public interface UserConverter {

}
  • 引入和测试
@Slf4j
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class UserConverterTest {

  @Resource
  private UserConverter userConverter;

  // test methods

}

多个对象转一个对象

比如上述例子中User购买了东西，需要邮寄到他的地址Address，这时需要展示UserWithAddress的信息：

  • Address
@Data
public class Address {
    private String street;
    private Integer zipCode;
    private Integer houseNo;
    private String description;
}
  • UserWithAddressVo
@Data
public class UserWithAddressVo {

    private String username;
    private Integer sex;
    private String street;
    private Integer zipCode;
    private Integer houseNumber;
    private String description;
}
  • converter方法
@Mapping(source = "person.description", target = "description")
@Mapping(source = "address.houseNo", target = "houseNumber")
UserWithAddressVo userAndAddress2Vo(User user, Address address);

注意：在多对一转换时， 遵循以下几个原则

  • 当多个对象中， 有其中一个为 null， 则会直接返回 null
  • 如一对一转换一样， 属性通过名字来自动匹配。 因此， 名称和类型相同的不需要进行特殊处理
  • 当多个原对象中，有相同名字的属性时，需要通过 @Mapping 注解来具体的指定， 以免出现歧义（不指定会报错）。 如上面的 description

属性也可以直接从传入的参数来赋值。

@Mapping(source = "person.description", target = "description")
@Mapping(source = "hn", target = "houseNumber")
UserWithAddressVo userAndAddressHn2Vo(User user, Integer hn);

MapStruct再深入理解

:::tip
在了解基本的MapStruct使用之后，我们将从多个角度来深入理解MapStruct这个工具。@pdai
:::

IntelliJ IDEA 中对MapStruct的支持如何？

通常来说IDE对于MapStruct这类工具的支持体现在两方面，一个是Maven的集成，另一个是编辑时的提示（Hit）； 相关的支持可以参考官网。@pdai

Maven支持

  • 在IntelliJ 2018.1.1之前, 注意在早期的版本中artifactId还需要加jdk版本，比如mapstruct-jdk8；
<dependency>
  <groupId>org.mapstruct</groupId>
  <artifactId>mapstruct</artifactId>
  <version>${org.mapstruct.version}</version>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>org.mapstruct</groupId>
  <artifactId>mapstruct-processor</artifactId>
  <version>${org.mapstruct.version}</version>
</dependency>
  • 在IntelliJ 2018.1.1之后是可以不添加mapstruct-processor的
<properties>
    <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
    <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
    <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
    <org.mapstruct.version>1.4.0.Beta3</org.mapstruct.version>
</properties>
<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.mapstruct</groupId>
        <artifactId>mapstruct</artifactId>
        <version>${org.mapstruct.version}</version>
    </dependency>
</dependencies>

<build>
    <pluginManagement>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>3.8.1</version>
                <configuration>
                    <source>1.8</source>
                    <target>1.8</target>
                    <!-- See https://maven.apache.org/plugins/maven-compiler-plugin/compile-mojo.html -->
                    <!-- Classpath elements to supply as annotation processor path. If specified, the compiler   -->
                    <!-- will detect annotation processors only in those classpath elements. If omitted, the     -->
                    <!-- default classpath is used to detect annotation processors. The detection itself depends -->
                    <!-- on the configuration of annotationProcessors.                                           -->
                    <!--                                                                                         -->
                    <!-- According to this documentation, the provided dependency processor is not considered!   -->
                    <annotationProcessorPaths>
                        <path>
                            <groupId>org.mapstruct</groupId>
                            <artifactId>mapstruct-processor</artifactId>
                            <version>${org.mapstruct.version}</version>
                        </path>
                    </annotationProcessorPaths>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </pluginManagement>
</build>

编辑器支持

  • 编辑器支持：自动补全

  • 编辑器支持：连接跳转

  • 编辑器支持：查找使用方式

Eclipse 中对MapStruct的支持如何？

必须保证你使用的Eclipse中包含m2e-apt插件，且尽可能的升级这个插件到最新的版本，这个插件主要用于自动应用annotation processor相关的配置。

Maven支持

同时在pom.xml中推荐你加入如下配置, 原因请看官方给的如下注释:

<properties>
    <!-- automatically run annotation processors within the incremental compilation -->
    <m2e.apt.activation>jdt_apt</m2e.apt.activation>
</properties>

编辑器支持

  • 自动补全

  • 快速修复

与其它属性拷贝框架性能到底相差多少？

基于我们对它原理的理解，我们知道mapstrcut最后执行时依然是get/set，所以性能是比较高的。同时我们也知道反射优化是可以解决一部分性能问题的，那么通过反射方式进行的属性拷贝和get/set这种性能相差多少呢？

有哪些属性拷贝方式呢？

综合我们前面的文章，常用的util包中有如下属性拷贝类：

  • org.apache.commons.beanutils.PropertyUtils.copyProperties
  • org.apache.commons.beanutils.BeanUtils.copyProperties
  • org.springframework.beans.BeanUtils.copyProperties
  • net.sf.cglib.beans.BeanCopier

使用属性拷贝和set/get方式性能差异

  • 10000次

  • 1000次

  • 10次

  • 结论
    • property少，写起来也不麻烦，就直接用传统的getter/setter，性能最好
    • property多，转换不频繁，那就省点事吧，使用org.apache.commons.beanutils.BeanUtils.copyProperties
    • property多，转换很频繁，为性能考虑，使用net.sf.cglib.beans.BeanCopier.BeanCopier，性能近乎getter/setter。但是BeanCopier的创建时消耗较大，所以不要频繁创建该实体，最好的处理方式是静态化或者缓存起来。

更多测试对比可以参考这里

和MapStruct类似框架的对比？

我们再看下是否有其它类似的框架呢？这里主要来源这篇文章

其它类似方案

  • Dozer

Dozer 是一个映射框架，它使用递归将数据从一个对象复制到另一个对象。框架不仅能够在 bean 之间复制属性，还能够在不同类型之间自动转换。

更多关于 Dozer 的内容可以在官方文档中找到： http://dozer.sourceforge.net/documentation/gettingstarted.html ，或者你也可以阅读这篇文章：https://www.baeldung.com/dozer 。

  • Orika

Orika 是一个 bean 到 bean 的映射框架，它递归地将数据从一个对象复制到另一个对象。

Orika 的工作原理与 Dozer 相似。两者之间的主要区别是 Orika 使用字节码生成。这允许以最小的开销生成更快的映射器。

更多关于 Orika 的内容可以在官方文档中找到：https://orika-mapper.github.io/orika-docs/，或者你也可以阅读这篇文章：https://www.baeldung.com/orika-mapping。

  • ModelMapper

ModelMapper 是一个旨在简化对象映射的框架，它根据约定确定对象之间的映射方式。它提供了类型安全的和重构安全的 API。

更多关于 ModelMapper 的内容可以在官方文档中找到：http://modelmapper.org/ 。

  • JMapper

JMapper 是一个映射框架，旨在提供易于使用的、高性能的 Java bean 之间的映射。该框架旨在使用注释和关系映射应用 DRY 原则。该框架允许不同的配置方式:基于注释、XML 或基于 api。

更多关于 JMapper 的内容可以在官方文档中找到：https://github.com/jmapper-framework/jmapper-core/wiki。

性能对比

对于性能测试，我们可以使用 Java Microbenchmark Harness，关于如何使用它的更多信息可以在 这篇文章：https://www.baeldung.com/java-microbenchmark-harness 中找到。

测试结果（某一种）

所有的基准测试都表明，根据场景的不同，MapStruct 和 JMapper 都是不错的选择，尽管 MapStruct 对 SingleShotTime 给出的结果要差得多。

其它常见问题?

  • 当两个对象属性不一致时，比如User对象中某个字段不存在与UserVo当中时，在编译时会有警告提示，可以在@Mapping中配置 ignore = true，当字段较多时，可以直接在@Mapper中设置unmappedTargetPolicy属性或者unmappedSourcePolicy属性为 ReportingPolicy.IGNORE即可。

  • 如果项目中也同时使用到了 Lombok，一定要注意 Lombok的版本要等于或者高于1.18.10，否则会有编译不通过的情况发生。

参考文章

  • https://mapstruct.org/documentation

  • https://www.cnblogs.com/zhaoyanghoo/p/5722113.html

  • https://www.baeldung.com/java-performance-mapping-frameworks

  • https://www.cnblogs.com/javaguide/p/11861749.html

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