前言
当你使用Lombok的
@Data注解时，是否曾好奇为什么编译器会自动生成getter/setter方法？ 当你在IDE中编码时，是否曾疑惑它如何实时提示语法错误？ 当静态检查工具报出代码问题时，是否想知道它如何"理解"你的代码？
这一切神奇功能的背后，都离不开一个共同的核心技术——AST（抽象语法树）。
Lombok的实现解密
// 你写的代码
@Data
public class User {
private String name;
private int age;
}
// 编译后实际的效果（Lombok通过修改AST自动添加）
public class User {
private String name;
private int age;
// 自动生成的方法
public String getName() { return name; }
public void setName(String name) { this.name = name; }
public int getAge() { return age; }
public void setAge(int age) { this.age = age; }
// ... 还有equals、hashCode、toString等方法
Lombok正是在编译过程中拦截了AST，在语法树层面为你"偷偷"添加了这些方法，然后编译器再基于修改后的AST生成字节码。这种"魔法"让我们的编码更高效，而理解AST就是理解这种魔法背后的科学。
什么是AST？
一个比喻
想象你要组装一个乐高模型：
- 源代码：就像一堆散落的乐高积木
- AST：就像乐高说明书，用树状结构告诉你如何组装
- 编译器：就像按照说明书组装模型的你
正式定义
AST（Abstract Syntax Tree，抽象语法树） 是源代码语法结构的一种树状表示。它：
- 抽象：忽略空格、注释、括号等细节
- 语法：严格对应代码的语法结构
- 树：层次化的节点结构
AST在Java编译过程中的位置
完整的Java编译流水线
要理解AST的重要性，我们需要先了解Java代码从.java文件到.class文件的完整旅程，也就是Java编译：
你编写源代码 (.java)
→ 词法分析 (Lexical Analysis) // 字符流 → 标记流
→ 标记流 (Tokens) // 标记流 → AST
→ 语法分析 (Syntax Analysis) // AST → 带语义信息的AST
→ 语义分析 (Semantic Analysis) // 带语义信息的AST → 字节码
→ 字节码 (.class)
逐步详解每个阶段
词法分析 - 从字符到标记
将源代码的字符流分解成有意义的"单词"（标记）
// 源代码
public class Hello {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello AST!");
}
}
// 词法分析后的标记流（简化版）：
[public, class, Hello, {, public, static, void, main, (, String, [, ], args, ),
{, System, ., out, ., println, (, "Hello AST!", ), }, }]
关键特点：
- 识别关键字（
public、class等） - 识别标识符（
Hello、main、args等） - 识别字面量（
"Hello AST!"） - 识别运算符和分隔符（
{、}、(、)等） - 忽略：空格、换行、注释
语法分析 - 从标记到AST（AST诞生）
根据Java语法规则，将标记流组织成树状结构
// 基于上面的标记流，构建出这样的AST结构：
CompilationUnit
└── ClassDeclaration: Hello
└── MethodDeclaration: main
├── Modifier: public
├── Modifier: static
├── ReturnType: void
├── Parameter: String[] args
└── BlockStmt
└── ExpressionStmt
└── MethodCallExpr
├── Scope: System.out.println
└── Argument: "Hello AST!"
语法分析的关键任务：
- 检查语法是否正确（括号匹配、语句结构等）
- 构建层次化的节点关系
- 建立父子节点连接
- 此时报错：语法错误（如缺少分号、括号不匹配）
语义分析 - 丰富AST的语义信息
为AST节点添加类型信息、进行符号解析等
// 语义分析前：
MethodCallExpr: System.out.println("Hello AST!")
├── Scope: System.out.println
└── Argument: "Hello AST!"
// 语义分析后（添加了类型信息和符号解析）：
MethodCallExpr
├── Scope: System.out.println
│ ├── Type: PrintStream
│ └── Symbol: out字段引用
├── Argument: "Hello AST!"
│ └── Type: String
└── ReturnType: void
语义分析的主要工作：
-
类型检查：验证表达式类型是否兼容
-
符号解析：将标识符关联到具体的声明
-
访问权限检查：验证private、protected等访问控制
-
常量折叠：在编译期计算常量表达式
// 编译前 int x = 10 + 20 * 3; // 常量折叠后 int x = 70; // 10 + 60 = 70
字节码生成 - 从AST到字节码
遍历AST，生成对应的JVM字节码指令
// AST节点：return a + b;
// 生成的字节码：
iload_1 // 加载变量a到操作数栈
iload_2 // 加载变量b到操作数栈
iadd // 执行加法运算
ireturn // 返回结果
可视化编译过程实例
让我们通过一个具体例子来看整个流程：
// 源代码：SimpleDemo.java
public class SimpleDemo {
public int calculate(int x, int y) {
return x + y;
}
}
编译过程分解：
| 阶段 | 输入 | 输出 | 关键动作 |
|---|---|---|---|
| 词法分析 | public class SimpleDemo { ... } | [public, class, SimpleDemo, {, ... }] | 分词、去空白 |
| 语法分析 | 标记流 | AST树结构 | 构建语法树 |
| 语义分析 | 原始AST | 带类型AST | 类型检查、符号解析 |
| 字节码生成 | 丰富后的AST | .class文件 | 生成字节码指令 |
从开发者视角看编译过程
编码时
IDE实时进行词法+语法分析
public class User {
// 当你输入到这里时，IDE已经在构建AST
private String name;
// ↑ 红色波浪线：语义分析发现类型错误
}
编译时
javac执行完整流程 词法分析 → 语法分析 → 语义分析 → 字节码生成
// 词法分析 → 语法分析 → 语义分析 → 字节码生成
$ javac User.java
工具处理时
注解处理器介入AST
@Data // Lombok在语义分析后修改AST
public class User {
private String name;
}
生命周期
AST 只在编译过程中存在，编译结束就销毁了
