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Java那些不为人知的特殊方法

翻译 Java 作者:spidercoco 时间:2014-03-09 02:05:30 0 删除 编辑
如果你用过反射并且执行过 getDeclaredMethods方法的话,你可能会感到很惊讶。你会发现很多源代码里没有的方法。或许你也看过到这些方法的一些修饰符,并且发现里面有的方法是volatile的。顺便说一句,Java面试里如果问到“什么是volatile方法?”,你可能会出一身冷汗。正确的答案应该是方法不能是volatile的。同时 getDeclaredMethods或者 getMethods返回的一些方法, Modifier.isVolatile(method.getModifiers())的返回值是true。
immutator项目的一些用户遇到过这样的问题。他发现immutator(这个项目探索了Java一些不太为人所知的细节)生成的Java源代码使用volatile作为方法的关键字,这样的代码没法通过编译。结果就是这项目没法使用。
这是怎么回事?什么又是syntethic和bridge方法?

可见性
当你创建一个内部的或者说嵌套的时候,这个类的私有变量和方法对上层的类是可见的。这个在不可变嵌套式Builder模式中用到了。这在Java语言规范里是定义好的一个行为。

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  1. package synthetic;
  2.  
  3. public class SyntheticMethodTest1 {
  4.     private A aObj = new A();
  5.  
  6.     public class A {
  7.         private int i;
  8.     }
  9.  
  10.     private class B {
  11.         private int i = aObj.i;
  12.     }
  13.  
  14.     public static void main(String[] args) {
  15.         SyntheticMethodTest1 me = new SyntheticMethodTest1();
  16.         me.aObj.i = 1;
  17.         B bObj = me.new B();
  18.         System.out.println(bObj.i);
  19.     }
  20. }
JVM是如何处理这个的?JVM是不知道类是内部的还是说嵌套的。JVM对所有的类对一视同仁,都认为是顶层的。所有的类都会被编译的顶层的类,那些内部类编译完后会生成...$... class的类文件。

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  1. $ ls -Fart
  2. ../ SyntheticMethodTest2$A.class MyClass.java SyntheticMethodTest4.java SyntheticMethodTest2.java
  3. SyntheticMethodTest2.class SyntheticMethodTest3.java ./ MyClassSon.java SyntheticMethodTest1.java

如果你创建一个内部的类的话,编译完后它其实就是个完全的顶层的类。

那这些私有变量是如何被外部类访问的呢?如果它们是个顶层类的私有变量,它们的确也是,那为什么别的类还能直接访问这些变量?
javac是这样解决这个问题的,对于那些声明为private 的字段,方法或者构造函数,如果它们还被外部类所使用,就会生成一个sythetic的方法。这些sythetic方法是用来访问最终的私有变量/方法/构造函数的。这些方法的生成也很智能,只有那些确实被外部类用到的才会生成这样的方法。

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  1. package synthetic;
  2.  
  3. import java.lang.reflect.Constructor;
  4. import java.lang.reflect.Method;
  5.  
  6. public class SyntheticMethodTest2 {
  7.  
  8.     public static class A {
  9.         private A(){}
  10.         private int x;
  11.         private void x(){};
  12.     }
  13.  
  14.     public static void main(String[] args) {
  15.         A a = new A();
  16.         a.x = 2;
  17.         a.x();
  18.         System.out.println(a.x);
  19.         for (Method m : A.class.getDeclaredMethods()) {
  20.             System.out.println(String.format(\


生成的这些方法的名字都取决于具体的实现,最后叫什么也不好说。我只能说在我运行的这个平台上,上述程序的输出是这样的:

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  1. 2
  2. 00001008 access$1
  3. 00001008 access$2
  4. 00001008 access$3
  5. 00000002 x
  6. --------------------------
  7. 00000111 void wait
  8. 00000011 void wait
  9. 00000011 void wait
  10. 00000001 boolean equals
  11. 00000001 String toString
  12. 00000101 int hashCode
  13. 00000111 Class getClass
  14. 00000111 void notify
  15. 00000111 void notifyAll
  16. --------------------------
  17. 00000002 synthetic.SyntheticMethodTest2$A
  18. 00001000 synthetic.SyntheticMethodTest2$A


在上面这个程序中,我们把值赋给了变量x,然后又调用 了同名的一个方法。这会触发编译器来生成对应的synthetic方法。你会看到它生成了三个方法,应该是x变量的setter和getter方法,以及x()方法的一个synthetic方法。这些synthetic方法并不存在于getMethods方法里返回的列表中,因为这些是synthetic方法,它们是不能直接调用的。从这点来说,它们和私有方法差不多。
看一下java.lang.reflect.Modifier里面定义的常量,可以明白这些十六进制的数字代表的是什么:

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  1. 00001008 SYNTHETIC|STATIC
  2. 00000002 PRIVATE
  3. 00000111 NATIVE|FINAL|PUBLIC
  4. 00000011 FINAL|PUBLIC
  5. 00000001 PUBLIC
  6. 00001000 SYNTHETIC
列表中有两个是构造方法。还有一个私有方法和一个synthetic的。私有的这个是因为我们确实定义了。synthetic的方法出现是因为我们从外部调用了内部的私有成员。这里面还没有出现bridge方法。

泛型和继承

到现在为止看起来还不错。不过我们还没有看到”volatile”的方法。
看一下java.lang.reflect.Modifier的源码你会发现0x00000040这个常量定义了两次。一次是定义成VOLATILE,还有一次是BRIDGE(后者是包内部私有的,并不对外开放)。

想出现volatile的方法,只需要写个简单的程序 就行了:

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  1. package synthetic;
  2.  
  3. import java.lang.reflect.Method;
  4. import java.util.LinkedList;
  5.  
  6. public class SyntheticMethodTest3 {
  7.  
  8.     public static class MyLink extends LinkedList<String> {
  9.         @Override
  10.         public String get(int i) {
  11.             return \"\";
  12.         }
  13.     }
  14.  
  15.     public static void main(String[] args) {
  16.  
  17.         for (Method m : MyLink.class.getDeclaredMethods()) {
  18.             System.out.println(String.format(\"%08X\", m.getModifiers()) + \" \" + m.getReturnType().getSimpleName() + \" \" + m.getName());
  19.         }
  20.     }
  21. }


我们的这个链表,有一个返回String的get(int)方法。先别讨论代码整洁的问题了。这只是段演示这个主题的示例代码而已。简洁的代码当然也同样会出现问题,不过越复杂的代码越难发现问题罢了。

输出 是这样的:

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  1. 00000001 String get
  2. 00001041 Object get

我们有两个get方法。一个是代码里的这个,另外一个是synthetic和bridge的方法。用javap反编译后会是这样的:

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  1. public java.lang.String get(int);
  2.   Code:
  3.    Stack=1, Locals=2, Args_size=2
  4.    0: ldc #2; //String
  5.    2: areturn
  6.   LineNumberTable:
  7.    line 12: 0
  8.  
  9. public java.lang.Object get(int);
  10.   Code:
  11.    Stack=2, Locals=2, Args_size=2
  12.    0: aload_0
  13.    1: iload_1
  14.    2: invokevirtual #3; //Method get:(I)Ljava/lang/String;
  15.    5: areturn


有趣的是,两个方法的签名是一模一样的,只有返回类型不同。这个在JVM里面是允许的,不过在Java语言里是不行的。bridge的这个方法别的啥也不干,就只是调用了下原始的那个方法。

为什么我们需要这个synthetic方法呢?谁来调用它。比如现在有段代码想要调用一个非MyLink类型变量的get(int)方法:

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  1. List<?> a = new MyLink();
  2.         Object z = a.get(0);

它不能调用返回String的方法,因为List里没这样的方法。为了解释的更清楚一点,我们重写下add方法而不是get方法:

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  1. package synthetic;
  2.  
  3. import java.util.LinkedList;
  4. import java.util.List;
  5.  
  6. public class SyntheticMethodTest4 {
  7.  
  8.     public static class MyLink extends LinkedList<String> {
  9.         @Override
  10.         public boolean add(String s) {
  11.             return true;
  12.         }
  13.     }
  14.  
  15.     public static void main(String[] args) {
  16.         List a = new MyLink();
  17.         a.add(\"\");
  18.         a.add(13);
  19.     }
  20. }


我们会发现 这个bridge方法

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  1. public boolean add(java.lang.Object);
  2.   Code:
  3.    Stack=2, Locals=2, Args_size=2
  4.    0: aload_0
  5.    1: aload_1
  6.    2: checkcast #2; //class java/lang/String
  7.    5: invokevirtual #3; //Method add:(Ljava/lang/String;)Z
  8.    8: ireturn


不仅调用 了原始的方法,它还进行了类型检查。这个是在运行时进行检查的,并不是JVM自己来检查。正如你所想,在18行的地方会抛出一个异常:

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  1. Exception in thread \"main\" java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer cannot be cast to java.lang.String
  2.     at synthetic.SyntheticMethodTest4$MyLink.add(SyntheticMethodTest4.java:1)
  3.     at synthetic.SyntheticMethodTest4.main(SyntheticMethodTest4.java:18)


下次如果你在面试中被问到volatile方法的话,说不定面试官知道的还没你多:-)


译者注:其实作者说到最后 也没讲完到底什么是volatile方法,其实volatile方法如篇首所说,是不存在的,所谓的volatile方法就是指bridge方法。由于在修饰符中volatile和bridge是同一个值,在之前版本的javap中存在一个BUG,一个bridge方法在反编译后会显示成volatile,所以存在”volatile方法”的说法。

文章同时发表于本人的个人博客:deepinmind

更多文章请参考:it.deepinmind.com



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