Kotlin代码检查在美团的探索与实践

背景

Kotlin有着诸多的特性，比如空指针安全、方法扩展、支持函数式编程、丰富的语法糖等。这些特性使得Kotlin的代码比Java简洁优雅许多，提高了代码的可读性和可维护性，节省了开发时间，提高了开发效率。这也是我们团队转向Kotlin的原因，但是在实际的使用过程中，我们发现看似写法简单的Kotlin代码，可能隐藏着不容忽视的额外开销。本文剖析了Kotlin的隐藏开销，并就如何避免开销进行了探索和实践。

Kotlin的隐藏开销

伴生对象

伴生对象通过在类中使用 companion object 来创建，用来替代静态成员，类似于Java中的静态内部类。所以在伴生对象中声明常量是很常见的做法，但如果写法不对，可能就会产生额外开销。比如下面这段声明 Version 常量的代码：

class Demo {

    fun getVersion(): Int {
        return Version
    }

    companion object {
        private val Version = 1
    }
}

表面上看还算简洁，但是将这段Kotlin代码转化成等同的Java代码后，却显得晦涩难懂：

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();
        }
    }
}

与Java直接读取一个常量不同，Kotlin访问一个伴生对象的私有常量字段需要经过以下方法：

• 调用伴生对象的静态方法
• 调用伴生对象的实例方法
• 调用主类的静态方法
• 读取主类中的静态字段

为了访问一个常量，而多花费调用4个方法的开销，这样的Kotlin代码无疑是低效的。

我们可以通过以下解决方法来减少生成的字节码：

const
@JvmField

Lazy()委托属性

lazy() 委托属性可以用于只读属性的惰性加载，但是在使用 lazy() 时经常被忽视的地方就是有一个可选的model参数：

• LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED：初始化属性时会有双重锁检查，保证该值只在一个线程中计算，并且所有线程会得到相同的值。
• LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION：多个线程会同时执行，初始化属性的函数会被多次调用，但是只有第一个返回的值被当做委托属性的值。
• LazyThreadSafetyMode.NONE：没有双重锁检查，不应该用在多线程下。

lazy() 默认情况下会指定 LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED ，这可能会造成不必要线程安全的开销，应该根据实际情况，指定合适的model来避免不需要的同步锁。

基本类型数组

在Kotlin中有3种数组类型：

• IntArray ， FloatArray ，其他：基本类型数组，被编译成 int[] ， float[] ，其他
• Array<T> ：非空对象数组
• Array<T?> ：可空对象数组

使用这三种类型来声明数组，可以发现它们之间的区别：

等同的Java代码：

后面两种方法都对基本类型做了装箱处理，产生了额外的开销。

所以当需要声明非空的基本类型数组时，应该使用xxxArray，避免自动装箱。

For循环

Kotlin提供了 downTo 、 step 、 until 、 reversed 等函数来帮助开发者更简单的使用For循环，如果单一的使用这些函数确实是方便简洁又高效，但要是将其中两个结合呢？比如下面这样：

上面的For循环中结合使用了 downTo 和 step ，那么等同的Java代码又是怎么实现的呢？

重点看这行代码：

IntProgression var10000 = RangesKt.step(RangesKt.downTo(10, 1), 2);

这行代码就创建了两个 IntProgression 临时对象，增加了额外的开销。

Kotlin检查工具的探索

Kotlin的隐藏开销不止上面列举的几个，为了避免开销，我们需要实现这样一个工具，实现Kotlin语法的检查，列出不规范的代码并给出修改意见。同时为了保证开发同学的代码都是经过工具检查的，整个检查流程应该自动化。

再进一步考虑，Kotlin代码的检查规则应该具有扩展性，方便其他使用方定制自己的检查规则。

基于此，整个工具主要包含下面三个方面的内容：

1. 解析Kotlin代码
2. 编写可扩展的自定义代码检查规则
3. 检查自动化

结合对工具的需求，在经过思考和查阅资料之后，确定了三种可供选择的方案：

ktlint

ktlint 是一款用来检查Kotlin代码风格的工具，和我们的工具定位不同，需要经过大量的改造工作才行。

detekt

detekt 是一款用来静态分析Kotlin代码的工具，符合我们的需求，但是不太适合Android工程，比如无法指定variant（变种）检查。另外，在整个检查流程中，一份 kt 文件只能检查一次，检查结果（当时）只支持控制台输出，不便于阅读。

改造Lint

改造Lint来增加Lint对Kotlin代码检查的支持，一方面Lint提供的功能完全可以满足我们的需求，同时还能支持资源文件和class文件的检查，另一方面改造后的Lint和Lint很相似，学习上手的成本低。

相对于前两种方案，方案3的成本收益比最高，所以我们决定改造Lint成Kotlin Lint(KLint)插件。

先来大致了解下Lint的工作流程，如下图：

很显然，上图中的红框部分需要被改造以适配Kotlin，主要工作有以下3点：

• 创建KotlinParser对象，用来解析Kotlin代码
• 从aar中获取自定义KLint规则的jar包
• Detector类需要定义一套新的接口方法来适配遍历Kotlin节点回调时的调用

Kotlin代码解析

和Java一样，Kotlin也有自己的抽象语法树。可惜的是目前还没有解析Kotlin语法树的单独库，只能通过Kotlin编译器这个库中的相关类来解析。KLint用的是 kotlin-compiler-embeddable:1.1.2-5 库。

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;
    }
     //可忽视，只是将文件转成字符流
     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;
    }

以上这段代码可以封装成 KotlinParser 类，主要作用是将 .Kt 文件转化成 KtFile 对象。

在检查Kotlin文件时调用 KtFile.acceptChildren(KtVisitorVoid) 后， KtVisitorVoid 便会多次回调遍历到的各个节点(Node)的方法：

KtVisitorVoid visitorVoid = new KtVisitorVoid(){
    @Override
    public void visitClass(@NotNull KtClass klass) {
               super.visitClass(klass);
    }

    @Override
    public void visitPrimaryConstructor(@NotNull KtPrimaryConstructor constructor) {
           super.visitPrimaryConstructor(constructor);
    }

    @Override
    public void visitProperty(@NotNull KtProperty property) {
           super.visitProperty(property);
    }
    ...
};
ktPsiFile.acceptChildren(visitorVoid);

自定义KLint规则的实现

自定义KLint规则的实现参考了 Android自定义Lint实践 这篇文章。

上图展示了aar中允许包含的文件，aar中可以包含lint.jar，这也是 Android自定义Lint实践 这篇文章采用的实现方式。但是 klint.jar 不能直接放入aar中，当然更不应该将 klint.jar 重命名成 lint.jar 来实现目的。

最后采用的方案是：

1. 通过创建 klintrules 这个空的aar，将 klint.jar 放入assets中；
2. 修改KLint代码实现从assets中读取 klint.jar ；
3. 项目依赖 klintrules aar时使用debugCompile来避免把 klint.jar 带到release包。

Detector类中接口方法的定义

既然是对Kotlin代码的检查，自然Detector类要定义一套新的接口方法。先来看一下Java代码检查规则提供的方法：

相信写过Lint规则的同学对上面的方法应该非常熟悉。为了尽量降低KLint检查规则编写的学习成本，我们参照JavaPsiScanner接口，定义了一套非常相似的接口方法：

KLint的实现

通过对上述3个主要方面的改造，完成了KLint插件。

由于KLint和Lint的相似，KLint插件简单易上手：

@SuppressWarnings("")

mtKlint {
    klintOptions {
        abortOnError false
        htmlReport true
        htmlOutput new File(project.getBuildDir(), "mtKLint.html")
    }
}

检查自动化

• 关于自动检查有两个方案：

  1. 在开发同学commit/push代码时，触发 pre-commit/push-hook 进行检查，检查不通过不允许commit/push；

  2. 在创建 pull request 时，触发CI构建进行检查，检查不通过不允许merge。

     这里更偏向于方案2，因为 pre-commit/push-hook 可以通过 --no-verify 命令绕过，我们希望所有的Kotlin代码都是通过检查的。

KLint插件本身支持通过 ./gradlew mtKLint 命令运行，但是考虑到几乎所有的项目在CI构建上都会执行Lint检查，把KLint和Lint绑定在一起可以省去CI构建脚本接入KLint插件的成本。

通过以下代码，将 lint task 依赖 klint task ，实现在执行Lint之前先执行KLint检查：

//创建KLint task，并设置被Lint task依赖
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
}

//创建Klint变种task，并设置被Lint变种task依赖
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
     }
}

检查实时化

虽然实现了检查的自动化，但是可以发现执行自动检查的时机相对滞后，往往是开发同学准备合代码的时候，这时再去修改代码成本高并且存在风险。CI上的自动检查应该是作为是否有“漏网之鱼”的最后一道关卡，而问题应该暴露在代码编写的过程中。基于此，我们开发了Kotlin代码实时检查的IDE插件。

通过这款工具，实现在Android Studio的窗口实时报错，帮助开发同学第一时间发现问题及时解决。

Kotlin代码检查实践

KLint插件分为Gradle插件和IDE插件两部分，前者在 build.gradle 中引入，后者通过 Android Studio 安装使用。

KLint规则的编写

针对上面列举的 lazy()中未指定mode 的case，KLint实现了对应的检查规则：

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)));

    @Override
    public List<Class<? extends PsiElement>> getApplicableKtPsiTypes() {
        return Arrays.asList(KtPropertyDelegate.class);
    }

    @Override
    public KtVisitorVoid createKtPsiVisitor(KotlinContext context) {
        return new KtVisitorVoid() {

            @Override
            public 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.");
                    }
                }
            }
        };
    }
}

检查结果

Gradle插件和IDE插件共用一套规则，所以上面的规则编写一次，就可以同时在两个插件中使用：

• CI上自动检查对应的检测结果的html页面：

• Android Studio上对应的实时报错信息：

总结

借助KLint插件，编写检查规则来约束不规范的Kotlin代码，一方面避免了隐藏开销，提高了Kotlin代码的性能，另一方面也帮助开发同学更好的理解Kotlin。

参考资料

• Exploring Kotlin's hidden costs
• Android自定义Lint实践

作者介绍

周佳，美团点评前端Android开发工程师，2016年毕业于南京信息工程大学，同年加入美团点评到店餐饮事业群，参与大众点评美食频道的日常开发工作。