这篇文章主要为大家展示了Java11中如何解决基于嵌套关系的访问控制优化问题,内容简而易懂,条理清晰,希望能够帮助大家解决疑惑,下面让小编带大家一起来研究并学习一下“Java11中如何解决基于嵌套关系的访问控制优化问题”这篇文章吧。
Java 语言很强大,但是,有人的地方就有江湖,有猿的地方就有 bug,Java 的核心代码并非十全十美。比如在 JDK 中居然也有反模式接口常量 中介绍的反模式实现,以及本文说到的这个技术债务:嵌套关系(NestMate)调用方式。
在 Java 语言中,类和接口可以相互嵌套,这种组合之间可以不受限制的彼此访问,包括访问彼此的构造函数、字段、方法等。即使是private
私有的,也可以彼此访问。比如下面这样定义:
public class Outer { private int i; public void print1() { print11(); print12(); } private void print11() { System.out.println(i); } private void print12() { System.out.println(i); } public void callInnerMethod() { final Inner inner = new Inner(); inner.print4(); inner.print5(); System.out.println(inner.j); } public class Inner { private int j; public void print3() { System.out.println(i); print1(); } public void print4() { System.out.println(i); print11(); print12(); } private void print5() { System.out.println(i); print11(); print12(); } } }
上例中,Outer
类中的字段i
、方法print11
和print12
都是私有的,但是可以在Inner
类中直接访问,Inner
类的字段j
、方法print5
是私有的,也可以在Outer
类中使用。这种设计是为了更好的封装,在用户看来,这几个彼此嵌套的类/接口是一体的,分开定义是为了更好的封装自己,隔离不同特性,但是有因为彼此是一体,所以私有元素也应该是共有的。
我们使用 Java8 编译,然后借助javap -c
命令分别查看Outer
和Inner
的结果。
$ javap -c Outer.class Compiled from "Outer.java" public class cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer { public cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #4 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public void print1(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #2 // Method print11:()V 4: aload_0 5: invokespecial #1 // Method print12:()V 8: return public void callInnerMethod(); Code: 0: new #7 // class cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner 3: dup 4: aload_0 5: invokespecial #8 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner."<init>":(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;)V 8: astore_1 9: aload_1 10: invokevirtual #9 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner.print4:()V 13: aload_1 14: invokestatic #10 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner.access$000:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner;)V 17: getstatic #5 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 20: aload_1 21: invokestatic #11 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner.access$100:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner;)I 24: invokevirtual #6 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 27: return static int access$200(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer); Code: 0: aload_0 1: getfield #3 // Field i:I 4: ireturn static void access$300(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #2 // Method print11:()V 4: return static void access$400(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method print12:()V 4: return }
再来看看Inner
的编译结果,这里需要注意的是,内部类会使用特殊的命名方式定义Inner
类,最终会将编译结果存储在两个文件中:
$ javap -c Outer\$Inner.class Compiled from "Outer.java" public class cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner { final cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer this$0; public cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer); Code: 0: aload_0 1: aload_1 2: putfield #3 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer; 5: aload_0 6: invokespecial #4 // Method java/lang/Object."<init>":()V 9: return public void print3(); Code: 0: getstatic #5 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: aload_0 4: getfield #3 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer; 7: invokestatic #6 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer.access$200:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;)I 10: invokevirtual #7 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 13: aload_0 14: getfield #3 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer; 17: invokevirtual #8 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer.print1:()V 20: return public void print4(); Code: 0: getstatic #5 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: aload_0 4: getfield #3 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer; 7: invokestatic #6 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer.access$200:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;)I 10: invokevirtual #7 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 13: aload_0 14: getfield #3 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer; 17: invokestatic #9 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer.access$300:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;)V 20: aload_0 21: getfield #3 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer; 24: invokestatic #10 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer.access$400:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;)V 27: return static void access$000(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #2 // Method print5:()V 4: return static int access$100(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner); Code: 0: aload_0 1: getfield #1 // Field j:I 4: ireturn }
我们可以看到,Outer
和Inner
中多出了几个方法,方法名格式是access$*00
。
Outer
中的access$200
方法返回了属性i
,access$300
和access$400
分别调用了print11
和print12
方法。这些新增的方法都是静态方法,作用域是默认作用域,即包内可用。这些方法最终被Inner
类中的print3
和print4
调用,相当于间接调用Outer
中的私有属性或方法。
我们称这些生成的方法为“桥”方法(Bridge Method),是一种实现嵌套关系内部互相访问的方式。
在编译的时候,Java 为了保持类的单一特性,会将嵌套类编译到多个 class 文件中,同时为了保证嵌套类能够彼此访问,自动创建了调用私有方法的“桥”方法,这样,在保持原有定义不变的情况下,又实现了嵌套语法。
“桥”方法的实现是比较巧妙的,但是这会造成源码与编译结果访问控制权限不一致,比如,我们可以在Inner
中调用Outer
中的私有方法,按照道理来说,我们可以在Inner
中通过反射调用Outer
的方法,但实际上不行,会抛出IllegalAccessException
异常。我们验证一下:
public class Outer { // 省略其他方法 public void callInnerReflectionMethod() throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException { final Inner inner = new Inner(); inner.callOuterPrivateMethod(this); } public class Inner { // 省略其他方法 public void callOuterPrivateMethod(Outer outer) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException { final Method method = outer.getClass().getDeclaredMethod("print12"); method.invoke(outer); } } }
定义测试用例:
@Test void gotAnExceptionInJava8() { final Outer outer = new Outer(); final Exception e = assertThrows(IllegalAccessException.class, outer::callInnerReflectionMethod); e.printStackTrace(); assertDoesNotThrow(outer::callInnerMethod); }
打印的异常信息是:
java.lang.IllegalAccessException: class cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner cannot access a member of class cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer with modifiers "private"
at java.base/jdk.internal.reflect.Reflection.newIllegalAccessException(Reflection.java:361)
at java.base/java.lang.reflect.AccessibleObject.checkAccess(AccessibleObject.java:591)
at java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:558)
at cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner.callOuterPrivateMethod(Outer.java:62)
at cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer.callInnerReflectionMethod(Outer.java:36)
通过反射直接调用私有方法会失败,但是可以直接的或者通过反射访问这些“桥”方法,这样就比较奇怪了。所以提出 JEP181 改进,修复这个技术债务的同时,为后续的改进铺路。
我们再来看看 Java11 编译之后的结果:
$ javap -c Outer.class Compiled from "Outer.java" public class cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer { public cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public void print1(); Code: 0: aload_0 1: invokevirtual #2 // Method print11:()V 4: aload_0 5: invokevirtual #3 // Method print12:()V 8: return public void callInnerMethod(); Code: 0: new #7 // class cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer$Inner 3: dup 4: aload_0 5: invokespecial #8 // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer$Inner."<init>":(Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer;)V 8: astore_1 9: aload_1 10: invokevirtual #9 // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer$Inner.print4:()V 13: aload_1 14: invokevirtual #10 // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer$Inner.print5:()V 17: getstatic #4 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 20: aload_1 21: getfield #11 // Field cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer$Inner.j:I 24: invokevirtual #6 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 27: return }
是不是很干净,与Outer
类的源码结构是一致的。我们再看看Inner
有没有什么变化:
$ javap -c Outer\$Inner.class Compiled from "Outer.java" public class cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer$Inner { final cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer this$0; public cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer$Inner(cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer); Code: 0: aload_0 1: aload_1 2: putfield #1 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer; 5: aload_0 6: invokespecial #2 // Method java/lang/Object."<init>":()V 9: return public void print3(); Code: 0: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: aload_0 4: getfield #1 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer; 7: getfield #4 // Field cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer.i:I 10: invokevirtual #5 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 13: aload_0 14: getfield #1 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer; 17: invokevirtual #6 // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer.print1:()V 20: return public void print4(); Code: 0: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 3: aload_0 4: getfield #1 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer; 7: getfield #4 // Field cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer.i:I 10: invokevirtual #5 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 13: aload_0 14: getfield #1 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer; 17: invokevirtual #7 // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer.print11:()V 20: aload_0 21: getfield #1 // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer; 24: invokevirtual #8 // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer.print12:()V 27: return }
同样干净。
我们在通过测试用例验证一下反射调用:
@Test void doesNotGotAnExceptionInJava11() { final Outer outer = new Outer(); assertDoesNotThrow(outer::callInnerReflectionMethod); assertDoesNotThrow(outer::callInnerMethod); }
结果是正常运行。
这就是 JEP181 期望的结果,源码和编译结果一致,访问控制一致。
在 Java11 中还新增了几个 API,用于嵌套关系的验证:
这个方法是返回嵌套主机(NestHost),转成普通话就是找到嵌套类的外层类。对于非嵌套类,直接返回自身(其实也算是返回外层类)。
我们看下用法:
@Test void checkNestHostName() { final String outerNestHostName = Outer.class.getNestHost().getName(); assertEquals("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer", outerNestHostName); final String innerNestHostName = Inner.class.getNestHost().getName(); assertEquals("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer", innerNestHostName); assertEquals(outerNestHostName, innerNestHostName); final String notNestClass = NotNestClass.class.getNestHost().getName(); assertEquals("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.NotNestClass", notNestClass); }
对于Outer
和Inner
都是返回了cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer
。
这个方法是返回嵌套类的嵌套成员数组,下标是 0 的元素确定是 NestHost 对应的类,其他元素顺序没有给出排序规则。我们看下使用:
@Test void getNestMembers() { final List<String> outerNestMembers = Arrays.stream(Outer.class.getNestMembers()) .map(Class::getName) .collect(Collectors.toList()); assertEquals(2, outerNestMembers.size()); assertTrue(outerNestMembers.contains("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer")); assertTrue(outerNestMembers.contains("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer$Inner")); final List<String> innerNestMembers = Arrays.stream(Inner.class.getNestMembers()) .map(Class::getName) .collect(Collectors.toList()); assertEquals(2, innerNestMembers.size()); assertTrue(innerNestMembers.contains("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer")); assertTrue(innerNestMembers.contains("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer$Inner")); }
这个方法是用于判断两个类是否是彼此的 NestMate,彼此形成嵌套关系。判断依据还是嵌套主机,只要相同,两个就是 NestMate。我们看下使用:
@Test void checkIsNestmateOf() { assertTrue(Inner.class.isNestmateOf(Outer.class)); assertTrue(Outer.class.isNestmateOf(Inner.class)); }
嵌套关系是作为 Valhalla 项目的一部分,这个项目的主要目标之一是改进 JAVA 中的值类型和泛型。后续会有更多的改进:
在泛型特化(generic specialization)中,每个特化类型(specialized type)可被创建为泛型的一个 Nestmate。
支持对Unsafe.defineAnonymousClass()
API 的安全替换,实现将新类创建为已有类的 Nestmate。
可能会影响“密封类”(sealed classes),仅允许 Nestmate 的子类作为密封类。
可能会影响私有嵌套类型。私有嵌套类型当前定义为包内可访问(package-access)。
Java中的集合主要分为四类:1、List列表:有序的,可重复的;2、Queue队列:有序,可重复的;3、Set集合:不可重复;4、Map映射:无序,键唯一,值不唯一。
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