JavaNestmate稳步推进

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Oracle提出了JEP 181“基于嵌套的访问控制”&＃xff0c;即“Nestmate”。该JEP将是对Java平台的一次技术提升&＃xff0c;可偿清20年前Java 1.1中存在的技术债务。

新特性与Java的嵌套类息息相关&＃xff0c;嵌套类也时常被不严格地称为“内部类”&＃xff0c;因为内部类是嵌套类的唯一可能类型。

一般来说&＃xff0c;嵌套类型具有独立的两类用途&＃xff0c;它们都与封装有关。

第一类用例是&＃xff0c;嵌套类只可能在非常特定的原因下、在非常小范围的代码中需要。这意味着&＃xff0c;嵌套类的确是实现细节的一部分&＃xff0c;需要以紧密本地化的方式实现。

在旧版本的Java中&＃xff0c;实现此用途的唯一方式是使用嵌套类型&＃xff0c;例如使用内部类匿名实现接口。在实践中&＃xff0c;随着Java 8的推出&＃xff0c;该用例已经完全被使用lambda表达式和匿名类型所替代。虽然在一些情况下&＃xff0c;依然使用近乎本地化类型&＃xff0c;但是这类使用情况已经大幅度减少。

此外&＃xff0c;类型可能是嵌套的。因为在一些情况下&＃xff0c;一个类型需要具有对另一个类型内部的完全访问。这时该类型可实现为嵌套类型&＃xff08;即成员&＃xff09;&＃xff0c;就可以如同变量和方法那样&＃xff0c;使用同样的方式实现访问。这意味着&＃xff0c;嵌套类型具有访问特权&＃xff0c;它可以认为是一种“对封装原则的略为放宽”。

另一类用例是&＃xff0c;嵌套类型需要在某种程度上与其它类型绑定。这意味着&＃xff0c;嵌套类型并不需要作为一个真正的实体&＃xff0c;完全独立的存在&＃xff0c;只是与其它的类型共存。

Nestmate JEP的目的就是推广并形式化这种类型间的共生关系&＃xff0c;进而厘清当前的实现。而当前的实现是一些技术债务&＃xff0c;以现在的眼光看是相当黑科技的。

在Java 10中&＃xff0c;嵌套类将编译为独立的顶层类文件&＃xff0c;只是具有特殊的命名转换。例如&＃xff0c;在Outer类内定义的嵌套类Nested&＃xff0c;将被编译成一个名为Outer$Nested.class的文件。

实现该策略的问题在于&＃xff0c;根据Java语言的规则&＃xff0c;嵌套类具有访问其封闭类内的所有成员的权限&＃xff0c;其中包括私有成员。

为解决该问题&＃xff0c;javac将在Outer类中额外添加了允许访问的合成访问器&＃xff08;synthetic accessor&＃xff09;方法。举例说明&＃xff0c;下面的代码定义了一个基本的内部类&＃xff1a;

\public class Outer {\ private int i &＃61; 0;\ public class Inner {\ public int i() {\ return i;\ }\ }\}\\\

编译该类&＃xff0c;将生成两个类文件Outer.class和Outer$Inner.class&＃xff0c;字节码分别为&＃xff1a;

\public class Outer {\ private int i;\ public Outer();\ Code:\ 0: aload_0\ 1: invokespecial #2 // 方法java/lang/Object.\"\":()V\ 4: aload_0\ 5: iconst_0\ 6: putfield #1 // 域i:I\ 9: return\ static int access$000(Outer);\ Code:\ 0: aload_0\ 1: getfield #1 // 域i:I\ 4: ireturn\}\\\

和

\public class Outer$Inner {\ final Outer this$0;\ public Outer$Inner(Outer);\ Code:\ 0: aload_0\ 1: aload_1\ 2: putfield #1 // 域this$0:LOuter;\ 5: aload_0\ 6: invokespecial #2 // 方法java/lang/Object.\"\":()V\ 9: return\ public int i();\ Code:\ 0: aload_0\ 1: getfield #1 // 域this$0:LOuter;\ 4: invokestatic #3 // 方法Outer.access$000:(LOuter;)I\ 7: ireturn\}\\\

编译器将inner类所需的私有访问&＃xff0c;转换为Outer类上的包内可见&＃xff08;package-private&＃xff09;访问器方法access$000()。具有这样的合成访问器&＃xff0c;即便它并非原始类的一个Nestmate&＃xff0c;了解该机制的开发人员都可以直接的或者通过反射访问它。

作为Java路线图的一部分&＃xff0c;对访问控制采取整理措施在嵌套类型上表现得尤为突出&＃xff0c;需要做一些清理。动机正如JEP中所给出的&＃xff1a;

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嵌套将由对一组类文件的正式定义构成。其中&＃xff0c;Nestmate共享通用的访问控制机制&＃xff0c;使所需的结果以更简单、更完全、更透明的方式实现。

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在JEP描述中还指出&＃xff0c;未来改进可能包括&＃xff1a;

• 在泛型特化&＃xff08;generic specialization&＃xff09;中&＃xff0c;每个特化类型&＃xff08;specialized type&＃xff09;可被创建为泛型的一个Nestmate。 \\
• 支持对Unsafe.defineAnonymousClass() API的安全替换&＃xff0c;实现将新类创建为已有类的Nestmate。 \\
• 可能会影响“密封类”&＃xff08;sealed classes&＃xff09;&＃xff0c;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&＃xff08;package-access&＃xff09;。 \

密封类和真正私有类型的概念&＃xff0c;对于使用Scala&＃xff08;以及其它一些支持这些概念的语言&＃xff09;的开发人员并不陌生&＃xff0c;因为它们提供了实现一些理念所必须的构建模块。例如&＃xff0c;在模式匹配等高级特性中十分有用的代数数据类型&＃xff08;ADT&＃xff0c;algebraic data type&＃xff09;。

Nestmate将作为Valhalla项目的一部分开发&＃xff0c;目前实现初始原型的工作正在顺利开展。OpenJDK开发人员正积极参与其中。

Oracle通常并不会对Nestmates这样的长线特性将于何时交付给出任何承诺。鉴于Nestmates对于当前正在开发的其它一些里程碑功能&＃xff08;例如密封类和模式匹配&＃xff09;非常有用&＃xff0c;感兴趣的Java程序员应关注该项目的不断成熟。

查看英文原文&＃xff1a; Java Nestmates Makes Progress