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Java™ 5 添加了许多强大的语言特性:泛型、枚举、注释、自动装箱和增强的 for
循环。
Java 5 中添加的语言特性 —— 泛型、枚举、注释、自动装箱和增强的 for 循环 —— 不需要修改 JVM 的指令集,几乎全部是在静态编译器(javac
)和类库中实现的。当编译器遇到使用泛型的情况时,会试图检查是否保证了类型安全(如果不能检查,会发出 “unchecked cast”),然后发出字节码,生成的字节码与等价的非泛型代码、类型强制转换所生成的字节码相同。类似的,自动装箱和增强的 for 循环仅仅是等价的 “语法糖”,只是更复杂的语法和枚举被编译到普通的类中。
在理论上,可以采用 javac
生成的类文件,在早期的 JVM 中装入它们,这实际上正是 JSR 14(负责泛型的 Java Community Process 工作组)的成立目的。但是,其他问题(例如注释的保持)迫使类文件的版本在 Java 1.4 和 Java 5 之间变化,因此妨碍了早期 JVM 中装入用 Java 5 编译的代码。而且,在 Java 5 中添加的有些语言特性依赖于 Java 5 库。如果用 javac -target 1.5
编译类,并试图将它装入早期 JVM 中,就会得到 UnsupportedClassVersionError
,因为 -target 1.5
选项生成的类的类文件版本是 49,而 JDK 1.4 只支持版最大为 48 的类文件版本。
增强的 for
循环有时叫做 for-each
循环,编译器编译它的时候,情形与程序员提供旧式 for
循环一样。for-each
循环能够迭代数组或集合中的元素
Collection<Foo> fooCollection = ...
for (Foo f : fooCollection) {
doSomething(f);
}
编译器把这个代码转换成等价的基于迭代器的循环
for (Iterator<Foo> iter=f.iterator(); f.hasNext();) {
Foo f = iter.next();
doSomething(f);
}
编译器如何知道提供的参数有一个 iterator()
方法呢?
javac
编译器的设计者可能已经内置了对集合框架的理解,但是这种方法有些不必要的限制。所以,创建了一个新的接口 java.lang.Iterable
(请参阅清单 3 ),并翻新集合类使其实现 Iterable
接口。这样,不是在核心集合框架上构建的容器类也能利用新的 for-each
循环。但是这样做会形成对 Java 5 类库的依赖,因为在 JDK 1.4 中没有 Iterable.
Iterable 接口
public interface Iterable<T> {
Iterator<T> iterator();
}
正像 for-each
循环一样,枚举也要求来自类库的支持。当编译器遇到枚举类型时,生成的类将扩展库类 java.lang.Enum
。但是,同 Iterable
一样,在 JDK 1.4 类库中也没有 Enum
类。
类似的,自动装箱依赖于添加到原始包装器类(例如 Integer
)的 valueOf()
方法。当装箱需要从 int
转换到 Integer
时,编译器并不调用 new Integer(int)
,而是生成对 Integer.valueOf(int)
的调用。valueOf()
方法的实现利用 享元(flyweight)模式 为常用的整数值缓存 Integer
对象(Java 6 的实现缓存从 -128 到 127 的整数),由于消除了冗余的实例化,可能会提高性能。而且,就像 Iterable
和 Enum
一样,valueOf()
方法在 JDK 1.4 类库中也不存在。
当编译器遇到用变长参数列表定义的方法时,会把其转换成包含正确组件类型数组的方法;当编译器遇到带有变长参数列表方法的调用时,就把参数装进数组。
定义了注释的之后,可以用 @Retention
对它进行注释,它可以决定编译器对使用这个注释的类、方法或字段执行什么处理。已经定义的保持策略有 SOURCE
(在编译时舍弃注释数据)、CLASS
(在类文件中记录注释)或 RUNTIME
(在类文件中记录注释,并在运行时保留注释,这样就可以反射地访问它们了)。
在 Java 5 之前,当编译器遇到尝试连接两个字符串的情况时,会使用帮助器类 StringBuffer
执行连接。在 Java 5 及以后的版本中,转而调用新的 StringBuilder
类,JDK 1.4 及以前的类库中不存在该类。
因为语言特性对库支持的依赖,即使使用 Java 5 编译器生成的类文件能够装入早期 JVM 版本,执行也会因为类装入错误而失败。但是,通过对字节码进行适当转换,仍有可能解决这些问题,因为这些遗漏的类并不包含实际的新功能。
在 Java 泛型规范(以及其他 Java 5 新添加的语言特性)的开发期间,在 javac
编译器中添加了试验性的支持,以便让它能使用 Java 5 的语言特性,并生成能在 Java 1.4 JVM 上运行的字节码。虽然这些特性不受支持(甚至是文档),但许多开源项目都使用了它们,使得开发人员能使用 Java 5 语言特性编码,并生成能在早期 JVM 上使用的 JAR 文件。而且,既然 javac
是开源的,那么这个特性有可能得到第三方的支持。要激活这些特性,可以用 -source 1.5
和 -target jsr14
选项调用 javac
。
javac
的 JSR 14 目标模式使编译器生成与 Java 5 语言特性对应的 JDK 1.4 兼容字节码:
-
泛型和变长参数:编译器在泛型出现的地方插入的强制转换不依赖类库,所以能够在 Java 5 之前的 JVM 上很好地执行。类似的,编译器在出现变长参数列表的地方生成的代码也不依赖类库。
-
for-each
循环:当迭代数组时,编译器生成归纳变量和标准的数组迭代语法。当在Collection
上迭代时,编译器生成标准的基于迭代器的语法。当在非集合的Iterable
上迭代时,编译器生成错误。
-
自动装箱:编译器不生成对包装器类的
valueOf()
方法的调用,而是生成对构造函数的调用。
-
字符串连接:
javac
的 JSR 14 目标模式使编译器生成对StringBuffer
的调用而不是对StringBuilder
的调用。
- 枚举:
javac
JSR 14 目标模式对枚举没有特殊支持。尝试使用枚举的代码会失败,在寻找java.lang.Enum
基类时出现NoClassDefFoundError
。 (JSR14竟然不支持呀??)
使用 JSR 14 目标模式允许在 “简易” 情况下编写使用泛型、自动装箱和 for-each 循环的代码,这对多数项目来说可能足够了。这很方便,如果不支持的话,编译器会一次生成基本兼容的字节码。
JSR 14 目标模式不支持某些 Java 5 语言特性(例如 Iterable
和枚举)。Retroweaver 和 Retrotranslator 这类开源项目采用的另一种方法是用 -target 1.5
生成字节码,然后自动将字节码转换成与 JDK 1.4 兼容的东西。
首先是 Retroweaver,它能处理 javac -target
JSR 14 能处理的所有情况和其他一些情况:
-
for-each
循环:Retroweaver 提供了Iterable
接口的实现,把实现Iterable
的类重写成实现它自己版本的类。
-
自动装箱:Retroweaver 把对
valueOf()
方法的调用重写成调用对应的构造函数。
-
字符串连接:Retroweaver 用
StringBuffer
代替了StringBuilder
。
-
枚举:Retroweaver 提供了
Enum
基类的实现,并重写了实现Enum
的类,或者调用它的方法以使用自己的版本。
正如在开源世界中经常发生的,如果一个项目停止发展,无疑说明它已经失败,一个新项目会取代它的位置,即使它只是在休息。这就是 Retroweaver 的命运;它的主要维护者中断了项目,另一个类似项目 Retrotranslator 就取代了它的位置。Retrotranslator 提供了与 Retroweaver 相同的特性,外加许多额外特性,目标是支持 Java 5 中添加的重要类库:
- 把对
java.util.concurrent
类的调用替换成开源 JDK 1.4 backport 中对应的类。
- 提供了添加到 Java 5 集合框架中的特性的实现,例如
Arrays
和Collections
中的新方法。类似的,还提供了添加到 Java 5 类库的其他新方法和类的实现。
- 支持注释的运行时反射。
Retroweaver 和 Retrotranslator 都能静态地(在编译时)或动态地(在类装入时)执行它们的字节码转换。
有多种方法可以使他们使用 Java 5 的一些语言特性,同时保持与 JDK 1.4 及以前版本的字节码兼容性。javac
中不支持的 -target jsr14
选项可以为某些 Java 5 语言特性生成与 JDK 1.4 兼容的字节码,并且开源的 Retroweaver 和 Retrotranslator 项目能把多数 Java 5 字节码转换成与 Java 1.4 兼容的字节码。当然,不论选择哪种方式,都不要忘记仔细地进行测试,以验证其确实兼容。
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