JSON Macro Inception

注意,这一节的内容最早由 Pascal Voitot 发表在 mandubian.com 上。(文章太旧,请带着批判的眼光去读。)

这个特性还处于实验中,因为 Scala 宏在 Scala 2.10.0 中仍是实验性的。如果你不想使用 Scala 中的实验性特性,请手写 Reads/Writes/Format,同样可以达到一样的效果。

写样例类(case class)的默认 Reads/Writes/Format 是非常无聊的

还记得你是如何为一个样例类写 Reads[T] 的吗:

  1. import play.api.libs.json._
  2. import play.api.libs.functional.syntax._
  3. case class Person(name: String, age: Int, lovesChocolate: Boolean)
  4. implicit val personReads = (
  5. (__ \ 'name).read[String] and
  6. (__ \ 'age).read[Int] and
  7. (__ \ 'lovesChocolate).read[Boolean]
  8. )(Person)

你为这个样例类写了 5 行代码,你知道吗,许多人认为为他们的类写一个 Reads[TheirClass] 是非常不 cool 的,因为像 Java 的 JSON 框架,如 Jackson 或 Gson,会为你做这些事情,而你根本不需要写这些多余的代码。

我们会这么说 Play2.1 的 JSON 序列化与反序列化:

  • 完全类型安全的
  • 完全编译的
  • 在运行时使用内省/反射机制,无需任务操作

但对于一些人来说,以上的好处并无法抹平额外代码带来的麻烦。

我们相信这是一个非常好的方法,因此坚持并提出:

  • JSON 简化语法
  • JSON 组合子
  • JSON 变换器

虽然被加强了,但仍然没改变要写额外代码的事实。

做一个极简主义者

鉴于我们是完美主义者,我们提出了一种新的方法来达到同样的效果:

  1. import play.api.libs.json._
  2. import play.api.libs.functional.syntax._
  3. case class Person(name: String, age: Int, lovesChocolate: Boolean)
  4. implicit val personReads = Json.reads[Person]

只需要一行!你马上可能会问:

它有使用运行时字节码增强吗? -> 没有
它有使用运行时自省机制吗? -> 没有
它会打破类型安全吗? -> 不会

所以呢?

在创造了 JSON coast-to-coast 设计一词后,让我们把它叫做:JSON Inception。

JSON Inception

代码等价性

正如之前所解释的:

  1. import play.api.libs.json._
  2. // please note we don't import functional.syntax._ as it is managed by the macro itself
  3. implicit val personReads = Json.reads[Person]
  4. // IS STRICTLY EQUIVALENT TO writing
  5. implicit val personReads = (
  6. (__ \ 'name).read[String] and
  7. (__ \ 'age).read[Int] and
  8. (__ \ 'lovesChocolate).read[Boolean]
  9. )(Person)

Inception 等式

下面是描述 inception 概念的等式:

  1. (Case Class INSPECTION) + (Code INJECTION) + (COMPILE Time) = INCEPTION

样例类检查

也许你自己就可以推断出来,为了达到前面说的代码等价性,我们需要:

  • 检查 Person 样例类
  • 提取 nameagelovesChocolate 3 个字段以及它们的类型
  • 隐式解析类型类
  • 找到 Person.apply

注入?

我要立马阻止你,并不是你想的那样

代码注入并不是依赖注入。不是 Spring 那套东西,没有 IOC,也没有 DI。

我是故意使用这个词的,因为我知道说到「注入」,大家马上会联想到 IOC 和 Spring。但我还是想用这个词的真实涵义还重新建立大家对它的认识。这里,代码注入指的就是在编译期,我们把代码注入到已编译的 Scala AST 中(Abstract Syntax Tree,抽象语法树)。

因此,Json.reads[Person] 会被编译并用下面内容替换到编译后的 AST 中:

  1. (
  2. (__ \ 'name).read[String] and
  3. (__ \ 'age).read[Int] and
  4. (__ \ 'lovesChocolate).read[Boolean]
  5. )(Person)

不多也不少。

编译期

没错,一切都是在编译期执行的。并没有运行时字节码增强,也没有运行时自省。

由于一切都是在编译期解析的,因此如果没有导入各个字段类型所需的隐式转换,就会报编译错误。

Json inception 是 Scala 2.10 中的宏

我们需要启用 Scala 的一个特性来支持 Json inception:

  • 编译期代码增强
  • 编译期类/隐式检查
  • 编译期代码注入

以上这些可以由 Scala 2.10 中的一个新的实验性特性来提供:Scala 宏

Scala 宏是一个拥有具大潜力的新特性(仍是实验性的)。有了它,可以:

  • 在编译期使用 Scala 提供的反射 API 进行代码自省
  • 在当前的编译上下文中,访问所有的导入和隐式内容
  • 创造新的代码表达式,产生编译错误(如果有的话)并将它们注入编译链

请注意:

  • 我们使用 Scala 宏,因为它正好满足我们的需求
  • 我们使用 Scala 宏作为推动者,而不是目的本身
  • 宏是一个帮助你生成代码的 helper,这样你就不用自己写这部分代码
  • 它并没有增加或隐藏代码
  • 我们遵循的是 no-surprise 原则

你可能发现了,写宏并不是一个简单的过程,因为你写的宏是在编译期执行的。

  1. So you write macro code
  2. that is compiled and executed
  3. in a runtime that manipulates your code
  4. to be compiled and executed
  5. in a future runtime

这也是为什么我把它叫做 Inception。

因此想完全按照你想做的来,来需要一些练习。提供的 API 也相当复杂,文档也不齐全。因此,当你开始使用宏时,你需要有坚持不懈的精神。

Writes[T] & Format[T]

请注意,JSON inception 只能用于含有 unapply/apply 方法的结构。

自然地,你可将它用于 Writes[T]Format[T]

Writes[T]

  1. import play.api.libs.json._
  2. implicit val personWrites = Json.writes[Person]

Format[T]

  1. import play.api.libs.json._
  2. implicit val personWrites = Json.format[Person]

特殊模式

  • 你可以在伴生对象(companion object)中定义你的 Reads/Writes

这样当你操作你的类的一个实例,隐式的 Reads/Writes 就会被自动推断出来。

  1. import play.api.libs.json._
  2. case class Person(name: String, age: Int)
  3. object Person{
  4. implicit val personFmt = Json.format[Person]
  5. }
  • 你现在可以为单字段样例类定义 Reads/Writes
  1. import play.api.libs.json._
  2. case class Person(names: List[String])
  3. object Person{
  4. implicit val personFmt = Json.format[Person]
  5. }

已知限制

  • 不要覆盖伴生对象中的 apply 函数,因为这样一来宏就有几个 apply 函数,而不知道选择哪个。
  • 只有当 apply 和 unapply 方法有相应的输入输出类型时,才能用 Json 宏。这对样例类来说是很自然的,但如果你想要特性(trait)也能达到一样的效果,你就需要实现与样例类中相同的 apply/unapply 方法。
  • Json 宏可用于以下类型:Option/Seq/List/Set/Map[String,_],如果想用于其它类型,你需要进行测试,如果不行,请使用传统方式手写 Reads/Writes。