Kotlin代码检查在美团的探索与实践
背景
Kotlin有著諸多的特性，比如空指針安全、方法擴展、支持函數式編程、豐富的語法糖等。這些特性使得Kotlin的代碼比Java簡潔優雅許多，提高了代碼的可讀性和可維護性，節省了開發時間，提高了開發效率。這也是我們團隊轉向Kotlin的原因，但是在實際的使用過程中，我們發現看似寫法簡單的Kotlin代碼，可能隱藏著不容忽視的額外開銷。本文剖析了Kotlin的隱藏開銷，并就如何避免開銷進行了探索和實踐。
Kotlin的隱藏開銷
伴生對象
伴生對象通過在類中使用companion object來創建，用來替代靜態成員，類似于Java中的靜態內部類。所以在伴生對象中聲明常量是很常見的做法，但如果寫法不對，可能就會產生額外開銷。比如下面這段聲明Version常量的代碼：
class Demo {fun getVersion(): Int {return Version}companion object {private val Version = 1} } 復制代碼表面上看還算簡潔，但是將這段Kotlin代碼轉化成等同的Java代碼后，卻顯得晦澀難懂：
public class Demo {private static final int Version = 1;public static final Demo.Companion Companion = new Demo.Companion();public final int getVersion() {return Companion.access$getVersion$p(Companion);}public static int access$getVersion$cp() {return Version;}public static final class Companion {private static int access$getVersion$p(Companion companion) {return companion.getVersion();}private int getVersion() {return Demo.access$getVersion$cp();}} } 復制代碼與Java直接讀取一個常量不同，Kotlin訪問一個伴生對象的私有常量字段需要經過以下方法：
- 調用伴生對象的靜態方法
- 調用伴生對象的實例方法
- 調用主類的靜態方法
- 讀取主類中的靜態字段
為了訪問一個常量，而多花費調用4個方法的開銷，這樣的Kotlin代碼無疑是低效的。
我們可以通過以下解決方法來減少生成的字節碼：
Lazy()委托屬性
lazy()委托屬性可以用于只讀屬性的惰性加載，但是在使用lazy()時經常被忽視的地方就是有一個可選的model參數：
- LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED：初始化屬性時會有雙重鎖檢查，保證該值只在一個線程中計算，并且所有線程會得到相同的值。
- LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION：多個線程會同時執行，初始化屬性的函數會被多次調用，但是只有第一個返回的值被當做委托屬性的值。
- LazyThreadSafetyMode.NONE：沒有雙重鎖檢查，不應該用在多線程下。
lazy()默認情況下會指定LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED，這可能會造成不必要線程安全的開銷，應該根據實際情況，指定合適的model來避免不需要的同步鎖。
基本類型數組
在Kotlin中有3種數組類型：
- IntArray，FloatArray，其他：基本類型數組，被編譯成int[]，float[]，其他
- Array<T>：非空對象數組
- Array<T?>：可空對象數組
使用這三種類型來聲明數組，可以發現它們之間的區別：
等同的Java代碼：
后面兩種方法都對基本類型做了裝箱處理，產生了額外的開銷。
所以當需要聲明非空的基本類型數組時，應該使用xxxArray，避免自動裝箱。
for循環
Kotlin提供了downTo、step、until、reversed等函數來幫助開發者更簡單的使用For循環，如果單一的使用這些函數確實是方便簡潔又高效，但要是將其中兩個結合呢？比如下面這樣：
上面的For循環中結合使用了downTo和step，那么等同的Java代碼又是怎么實現的呢？
重點看這行代碼：
IntProgression var10000 = RangesKt.step(RangesKt.downTo(10, 1), 2);
這行代碼就創建了兩個IntProgression臨時對象，增加了額外的開銷。
Kotlin檢查工具的探索
Kotlin的隱藏開銷不止上面列舉的幾個，為了避免開銷，我們需要實現這樣一個工具，實現Kotlin語法的檢查，列出不規范的代碼并給出修改意見。同時為了保證開發同學的代碼都是經過工具檢查的，整個檢查流程應該自動化。
再進一步考慮，Kotlin代碼的檢查規則應該具有擴展性，方便其他使用方定制自己的檢查規則。
基于此，整個工具主要包含下面三個方面的內容：
結合對工具的需求，在經過思考和查閱資料之后，確定了三種可供選擇的方案：
ktlint
ktlint是一款用來檢查Kotlin代碼風格的工具，和我們的工具定位不同，需要經過大量的改造工作才行。
detekt
detekt是一款用來靜態分析Kotlin代碼的工具，符合我們的需求，但是不太適合Android工程，比如無法指定variant（變種）檢查。另外，在整個檢查流程中，一份kt文件只能檢查一次，檢查結果（當時）只支持控制臺輸出，不便于閱讀。
改造Lint
改造Lint來增加Lint對Kotlin代碼檢查的支持，一方面Lint提供的功能完全可以滿足我們的需求，同時還能支持資源文件和class文件的檢查，另一方面改造后的Lint和Lint很相似，學習上手的成本低。
相對于前兩種方案，方案3的成本收益比最高，所以我們決定改造Lint成Kotlin Lint(KLint)插件。
先來大致了解下Lint的工作流程，如下圖：
很顯然，上圖中的紅框部分需要被改造以適配Kotlin，主要工作有以下3點：
- 創建KotlinParser對象，用來解析Kotlin代碼
- 從aar中獲取自定義KLint規則的jar包
- Detector類需要定義一套新的接口方法來適配遍歷Kotlin節點回調時的調用
Kotlin代碼解析
和Java一樣，Kotlin也有自己的抽象語法樹。可惜的是目前還沒有解析Kotlin語法樹的單獨庫，只能通過Kotlin編譯器這個庫中的相關類來解析。KLint用的是kotlin-compiler-embeddable:1.1.2-5庫。
public KtFile parseKotlinToPsi(@NonNull File file) {try {org.jetbrains.kotlin.com.intellij.openapi.project.Project ktProject = KotlinCoreEnvironment.Companion.createForProduction(() -> {}, new CompilerConfiguration(), CollectionsKt.emptyList()).getProject();this.psiFileFactory = PsiFileFactory.getInstance(ktProject);return (KtFile) psiFileFactory.createFileFromText(file.getName(), KotlinLanguage.INSTANCE, readFileToString(file, "UTF-8"));} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return null;}//可忽視，只是將文件轉成字符流public static String readFileToString(File file, String encoding) throws IOException {FileInputStream stream = new FileInputStream(file);String result = null;try {result = readInputStreamToString(stream, encoding);} finally {try {stream.close();} catch (IOException e) {// ignore}}return result;}復制代碼以上這段代碼可以封裝成KotlinParser類，主要作用是將.Kt文件轉化成KtFile對象。 在檢查Kotlin文件時調用KtFile.acceptChildren(KtVisitorVoid)后，KtVisitorVoid便會多次回調遍歷到的各個節點(Node)的方法：
KtVisitorVoid visitorVoid = new KtVisitorVoid(){@Overridepublic void visitClass(@NotNull KtClass klass) {super.visitClass(klass);}@Overridepublic void visitPrimaryConstructor(@NotNull KtPrimaryConstructor constructor) {super.visitPrimaryConstructor(constructor);}@Overridepublic void visitProperty(@NotNull KtProperty property) {super.visitProperty(property);}... }; ktPsiFile.acceptChildren(visitorVoid); 復制代碼自定義KLint規則的實現
自定義KLint規則的實現參考了Android自定義Lint實踐這篇文章。
上圖展示了aar中允許包含的文件，aar中可以包含lint.jar，這也是Android自定義Lint實踐這篇文章采用的實現方式。但是klint.jar不能直接放入aar中，當然更不應該將klint.jar重命名成lint.jar來實現目的。
最后采用的方案是：
Detector類中接口方法的定義
既然是對Kotlin代碼的檢查，自然Detector類要定義一套新的接口方法。先來看一下Java代碼檢查規則提供的方法： https://tech.meituan.com/img/Kotlin-code-inspect/4.png)
相信寫過Lint規則的同學對上面的方法應該非常熟悉。為了盡量降低KLint檢查規則編寫的學習成本，我們參照JavaPsiScanner接口，定義了一套非常相似的接口方法：
KLint的實現
通過對上述3個主要方面的改造，完成了KLint插件。
由于KLint和Lint的相似，KLint插件簡單易上手：
檢查自動化
-
關于自動檢查有兩個方案：
- 在開發同學commit/push代碼時，觸發pre-commit/push-hook進行檢查，檢查不通過不允許commit/push；
- 在創建pull request時，觸發CI構建進行檢查，檢查不通過不允許merge。
這里更偏向于方案2，因為pre-commit/push-hook可以通過--no-verify命令繞過，我們希望所有的Kotlin代碼都是通過檢查的。
KLint插件本身支持通過./gradlew mtKLint命令運行，但是考慮到幾乎所有的項目在CI構建上都會執行Lint檢查，把KLint和Lint綁定在一起可以省去CI構建腳本接入KLint插件的成本。
通過以下代碼，將lint task依賴klint task，實現在執行Lint之前先執行KLint檢查：
//創建KLint task，并設置被Lint task依賴 KLint klintTask = project.getTasks().create(String.format(TASK_NAME, ""), KLint.class, new KLint.GlobalConfigAction(globalScope, null, KLintOptions.create(project))) Set<Task> lintTasks = project.tasks.findAll {it.name.toLowerCase().equals("lint") } lintTasks.each { lint ->klintTask.dependsOn lint.taskDependencies.getDependencies(lint)lint.dependsOn klintTask }//創建Klint變種task，并設置被Lint變種task依賴 for (Variant variant : androidProject.variants) {klintTask = project.getTasks().create(String.format(TASK_NAME, variant.name.capitalize()), KLint.class, new KLint.GlobalConfigAction(globalScope, variant, KLintOptions.create(project)))lintTasks = project.tasks.findAll {it.name.startsWith("lint") && it.name.toLowerCase().endsWith(variant.name.toLowerCase())}lintTasks.each { lint ->klintTask.dependsOn lint.taskDependencies.getDependencies(lint)lint.dependsOn klintTask} } 復制代碼檢查實時化
雖然實現了檢查的自動化，但是可以發現執行自動檢查的時機相對滯后，往往是開發同學準備合代碼的時候，這時再去修改代碼成本高并且存在風險。CI上的自動檢查應該是作為是否有“漏網之魚”的最后一道關卡，而問題應該暴露在代碼編寫的過程中。基于此，我們開發了Kotlin代碼實時檢查的IDE插件。
通過這款工具，實現在Android Studio的窗口實時報錯，幫助開發同學第一時間發現問題及時解決。
Kotlin代碼檢查實踐
KLint插件分為Gradle插件和IDE插件兩部分，前者在build.gradle中引入，后者通過Android Studio安裝使用。
KLint規則的編寫
針對上面列舉的lazy()中未指定mode的case，KLint實現了對應的檢查規則：
public class LazyDetector extends Detector implements Detector.KtPsiScanner {public static final Issue ISSUE = Issue.create("Lazy Warning", "Missing specify `lazy` mode ","see detail: https://wiki.sankuai.com/pages/viewpage.action?pageId=1322215247",Category.CORRECTNESS,6,Severity.ERROR,new Implementation(LazyDetector.class,EnumSet.of(Scope.KOTLIN_FILE)));@Overridepublic List<Class<? extends PsiElement>> getApplicableKtPsiTypes() {return Arrays.asList(KtPropertyDelegate.class);}@Overridepublic KtVisitorVoid createKtPsiVisitor(KotlinContext context) {return new KtVisitorVoid() {@Overridepublic void visitPropertyDelegate(@NotNull KtPropertyDelegate delegate) {boolean isLazy = false;boolean isSpeifyMode = false;KtExpression expression = delegate.getExpression();if (expression != null) {PsiElement[] psiElements = expression.getChildren();for (PsiElement psiElement : psiElements) {if (psiElement instanceof KtNameReferenceExpression) {if ("lazy".equals(((KtNameReferenceExpression) psiElement).getReferencedName())) {isLazy = true;}} else if (psiElement instanceof KtValueArgumentList) {List<KtValueArgument> valueArguments = ((KtValueArgumentList) psiElement).getArguments();for (KtValueArgument valueArgument : valueArguments) {KtExpression argumentValue = valueArgument.getArgumentExpression();if (argumentValue != null) {if (argumentValue.getText().contains("SYNCHRONIZED") ||argumentValue.getText().contains("PUBLICATION") ||argumentValue.getText().contains("NONE")) {isSpeifyMode = true;}}}}}if (isLazy && !isSpeifyMode) {context.report(ISSUE, expression,context.getLocation(expression.getContext()), "Specify the appropriate thread safety mode to avoid locking when it’s not needed.");}}}};} } 復制代碼檢查結果
Gradle插件和IDE插件共用一套規則，所以上面的規則編寫一次，就可以同時在兩個插件中使用：
- CI上自動檢查對應的檢測結果的html頁面：
- Android Studio上對應的實時報錯信息：
總結
借助KLint插件，編寫檢查規則來約束不規范的Kotlin代碼，一方面避免了隱藏開銷，提高了Kotlin代碼的性能，另一方面也幫助開發同學更好的理解Kotlin。
參考資料
- Exploring Kotlin's hidden costs
- Android自定義Lint實踐
作者介紹
周佳，美團點評前端Android開發工程師，2016年畢業于南京信息工程大學，同年加入美團點評到店餐飲事業群，參與大眾點評美食頻道的日常開發工作。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Kotlin代码检查在美团的探索与实践的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： Linux系统常用磁盘阵列RAID5
- 下一篇： koa2使用注意点总结