Java 9 新功能解讀之 HTTP2 和 REPL

對Java 9的炒作將不再侷限於模組化（modularity），Java 9正在蒐羅大量額外的功能模組，這些功能模組正作為Java增強提案（JEP）提交，並在OpenJDK (Java SE的參考實現專案）中實現。

在這篇文章中，我們將重點關注一些或將在Java 9整個生命週期中，對開發者的工作生活影響最大的JEP，包括新的HTTP/2支援和JShell REPL（讀取-求值-列印-迴圈），後者帶來了基於shell的互動式Java開發環境和探索性開發API。

HTTP/2

HTTP/2標準是HTTP協議的最新版本。當前版本HTTP/1.1始於1999年，存在著非常嚴重的問題，包括：

對頭阻塞

在HTTP/1.1中，響應接收的順序和請求傳送的順序相同。這意味著，例如，當檢視一個包含許多小影像的大HTML頁面時，影像資源將不得不在HTML頁面資源之後排隊，在瀏覽器完全載入完HTML頁面之前，影像資源無法被髮送。這就是“對頭阻塞”，會導致許多潛在的頁面渲染問題。

在HTTP/2中，響應資料可以按塊（chunk）傳輸，甚至可以交叉傳輸，因此真正實現了請求和響應的多路複用。

一個站點的連線數限制

在HTTP/1.1標準中有這樣的描述：“一個單使用者的客戶端不能與任何伺服器保持2個以上的連線”。這個限制和對頭阻塞問題一起，嚴重限制了頁面的效能。

HTTP/2打破這種限制並認為連線是持久的，只有當使用者跳轉後或者發生技術性故障事件時，連線才會關閉。對多路複用的使用將有助於降低頁面效能瓶頸。

HTTP控制頭的開銷

當前的HTTP版本使用簡單的、基於文字的HTTP頭資訊來控制通訊。這樣做的優點是非常簡單且易於理解，除錯也很簡單，只需通過連線指定埠並輸入一些文字。然而，使用基於文字的協議會讓小的響應包不成比例地膨脹。此外，大量的HTTP響應幾乎沒有或者根本沒有有效負載（比如，HEAD請求只是要確定資源是否發生變化）。為實際上只包含最後修改時間的響應，使用完全基於文字的頭資訊（大約有700個位元組，在HTTP1.1中，它們不能被壓縮，儘管很容易做到）是當前HTTP標準中，不可思議的浪費。

另一個思路是對HTTP頭資訊使用二進位制編碼。這種方式能夠極大地提高較小請求的速度且佔用的網路頻寬非常小。這正是HTTP/2已經選擇的方法，雖然以協議精神制定標準應該選擇基於文字的協議，但是二進位制的效率有令人信服的理由，讓我們這樣做。

HTTP/2帶來的期望

HTTP/2標準是由IETF HTTP工作組建立的，該組織由來自Mozilla、Google、 Microsoft、Apple，以及其他公司的代表和工程師組成，由來自CDN領軍公司Akamai的高階工程師Mark Nottingham任主席。因此，HTTP/2是一個為優化大型、高流量的網站而生的版本，它在實現簡單、易於除錯的基礎上，確保了效能和網路頻寬消耗。

該組織主席總結了一些HTTP/2的關鍵屬性：

• 相同的HTTP API
• 成本更低的請求
• 網路和伺服器端友好
• 快取推送
• 思維革命
• 更多加密方式

帶給Java的意義

自從1.0版本開始，Java就支援HTTP，但是多數程式碼出自完全不同的時代。例如，Java對HTTP的支援是圍繞相對協議無關的框架（URL類）設計的，因此在網站成為主導地位的90年代，這種實現顯得很不清晰。

Java對HTTP的支援是基於當時最好的設計思想，但是時過境遷，最重要的是Java對HTTP原始的支援出來時，HTTPS還沒有出現。因此，Java的API將HTTPS作為一種移花接木，導致了不能簡化的複雜性。

在現代社會，HTTPS開始變得無所不在，讓HTTP日漸成為落後的技術。甚至，美國政府現在都通過了完全遷到HTTPS-only的計劃。

JDK核心對HTTP的支援已經無法跟上現實網路的發展步伐。實際上，甚至JDK8也只不過是交付了一個支援HTTP/1.0的客戶端，然而，大多數的開發者早已轉而使用第三方客戶端庫了，比如Apache的HttpComponents。

所有這一切意味著，對HTTP/2的支援將是Java未來十年的核心功能。這也讓我們重新審視我們的固有思維，重新寫一套API並提供重新來過的機會。HTTP/2將是未來數年內，每位開發者主要面對的API。

新的API不再堅持協議中立性，使開發者可以完全拋棄過去的使用方式。這套API只關注HTTP協議，但是要進一步理解的是HTTP/2並沒有從根本上改變原有的語義。因此，這套API是HTTP協議獨立的，同時提供了對新協議中幀和連線處理的支援。

在新的API中，一個簡單的HTTP請求，可以這樣建立和處理：

    HttpResponse response = HttpRequest
        .create(new URI("http://www.infoq.com"))
        .body(noBody())
        .GET().send();
    int responseCode = response.responseCode();
    String responseBody = response.body(asString());

    System.out.println(responseBody);

這種符合流暢風格/建造者模式（fluent/builder）的API，與現存的遺留系統相比，對開發者來說，更具現代感和舒適感。

雖然當前的程式碼庫只支援HTTP/1.1，但是已經包含了新的API。這使得在對HTTP/2支援完成對過程中，開發者可以實驗性地使用和驗證新的API。

相關程式碼已經進入OpenJDK沙箱倉庫中，並很快登陸JDK 9的主幹。到那個時候，新的API將開始自動構建到Oracle的二進位制beta版本中。現在，對HTTP/2的支援已經可用，並將在未來數月內最終完成。

在此期間，你可以使用Mercurial遷出原始碼，並根據AdoptOpenJDK構建指導編譯你遷出地程式碼，這樣你就可以實驗性地使用新的API了。

第一批完成的功能之一是當前版本力不能及的非同步API。這個功能讓長期執行的請求，可以通過sendAsync()方法，切換到VM管理的後臺執行緒中：

    HttpRequest req = HttpRequest
        .create(new URI("http://www.infoq.com"))
        .body(noBody())
        .GET();
    CompletableFuture<HttpResponse> aResp = req.sendAsync();
    Thread.sleep(10);
    if (!aResp.isDone()) {
        aResp.cancel(true);
        System.out.println("Failed to reply quickly...");
        return;
    }
    HttpResponse response = aResp.get();

相比HTTP/1.1的實現，新的API帶給開發者最多的是方便性，因為HTTP/1.1沒有提供對已經傳送到伺服器端的請求的取消機制，而HTTP/2可以讓客戶端向已經被伺服器端處理的請求，傳送取消命令。

JShell

很多語言都為探索性開發提供了互動式環境。在某些情況下（特別是Clojure和其他Lisp方言），互動式環境佔據了開發者的大部分編碼時間，甚至是全部。其他語言，比如Scala或者JRuby也廣泛使用REPL。

當然，此前Java曾經推出過Beanshell指令碼語言，但是它沒有實現完全標準化，而且近年來，該專案已經處於不活躍狀態。在Java 8（以及jjs REPL）中引入的Nashorn Javascript實現開啟了更廣泛地考慮REPL並將互動式開發成為可能的大門。

一項努力將現代REPL引入Java 9的工作，以JEP 222作為開始，收錄在OpenJDK的Kulla專案中。Kulla這個名字來自古巴比倫神話，是建造之神。該專案的主旨是提供最近距離的“完整Java”體驗。該專案沒有引入新的非Java語義，並禁用了Java語言中對互動式開發沒有用處的語義（比如上層的訪問控制修改或同步的語義）。

與所有REPL一樣，JShell提供了命令列，而不是類似IDE的體驗。語句和表示式能夠在執行狀態上下文中，被立即求值，而不是非得打包到類中。方法也是自由浮動的，而不必屬於某個特定的類。相反，JShell使用程式碼片斷“snippets”來提供上層執行環境。

與HTTP/2 API相似，JShell已經在獨立的專案開發，以免在快速發展的時期影響主幹構建的穩定性。JShell預計在2015年8月期間合併到主幹。

現在，開發者可以參考AdoptOpenJDK說明指導，從頭構建Kulla（原始碼可以從Mercurial地址獲得）。

對於一些上手實驗，最簡單的可能是使用一個獨立的試驗jar。這些jar包是社群專為不想從頭構建的開發者構建好的。

這些試驗jar包可以從AdoptOpenJDK CloudBees的CI構建例項中獲得。

要使用它們，你需要安裝Java 9 beta版（或者OpenJDK 9的構建版本）。然後下載jar檔案，重新命名為kulla.jar，然後在命令列輸入如下：

$ java -jar kulla.jar
|  Welcome to JShell -- Version 0.610
|  Type /help for help

->

這是REPL的標準介面，和往常一樣，命令是從單個字元開始並最終發出的。

JShell有一個相當完整（但仍在發展）的幫助語法，可以通過如下命令輕鬆獲得：

-> /help
Type a Java language expression, statement, or declaration.
Or type one of the following commands:

/l  or /list [all]                -- list the source you have typed
       /seteditor <executable>    -- set the external editor command to use
/e  or /edit <name or id>         -- edit a source entry referenced by name or id
/d  or /drop <name or id>         -- delete a source entry referenced by name or id
/s  or /save [all|history] <file> -- save the source you have typed
/o  or /open <file>               -- open a file as source input
/v  or /vars                      -- list the declared variables and their values
/m  or /methods                   -- list the declared methods and their signatures
/c  or /classes                   -- list the declared classes
/x  or /exit                      -- exit the REPL
/r  or /reset                     -- reset everything in the REPL
/f  or /feedback <level>          -- feedback information: off, 
concise, normal, verbose, default, or ?
/p  or /prompt                    -- toggle display of a prompt
/cp or /classpath <path>          -- add a path to the classpath
/h  or /history                   -- history of what you have typed
       /setstart <file>           -- read file and set as the new start-up definitions
       /savestart <file>          -- save the default start-up definitions to the file
/?  or /help                      -- this help message
       /!                         -- re-run last snippet
       /<n>                       -- re-run n-th snippet
       /-<n>                      -- re-run n-th previous snippet

Supported shortcuts include:
       -- show possible completions for the current text
Shift- -- for current method or constructor invocation, 
show a synopsis of the method/constructor

JShell支援TAB鍵自動補全， 因此我們可以很容易找到println()或者其他我們想使用的方法：

-> System.out.print
print(     printf(    println(

傳統的表示式求值也很容易，但是相比其他動態型別語言，Java的靜態型別特徵會更嚴格一點。JShell會自動建立臨時變數來儲存表示式的值，並確保它們保持在上下文域內供以後使用：

-> 3 * (4 + 5)
|  Expression value is: 27
|    assigned to temporary variable $1 of type int

-> System.out.println($1);
27

我們還可以使用/list命令，檢視到目前為止輸入的所有原始碼：

-> /list

   9 : 3 * (4 + 5)
  10 : System.out.println($1);

使用/vars命令顯示所有的變數（包括顯式定義的和臨時的），以及他們當前持有的值：

-> String s = "Dydh da"
|  Added variable s of type String with initial value "Dydh da"

-> /vars
|    int $1 = 27
|    String s = "Dydh da"

除了支援簡單的程式碼行，REPL還允許非常簡單地建立類和其它使用者定義的型別。例如，可以用如下短短一行來建立類（請注意，開始和結束括號是必需的）：

-> class Pet {}
|  Added class Pet

-> class Cat extends Pet {}
|  Added class Cat

JShell程式碼非常簡潔、自由浮動的性質意味著我們可以非常簡單地使用REPL來演示Java語言的功能。例如，讓我們來看看著名的型別問題，即Java陣列的協變問題：

-> Pet[] pets = new Pet[1]
|  Added variable pets of type Pet[] with initial value [LPet;@2be94b0f

-> Cat[] cats = new Cat[1]
|  Added variable cats of type Cat[] with initial value [LCat;@3ac42916

-> pets = cats
|  Variable pets has been assigned the value [LCat;@3ac42916

-> pets[0] = new Pet()
|  java.lang.ArrayStoreException thrown: REPL.$REPL13$Pet
|        at (#20:1)

這樣的功能使JShell成為一種偉大的教學或研究工具，而且最接近Scala REPL的體驗。使用/classpath切換，可以載入額外的jar包，從而可以在REPL直接使用互動式探索性API。

參與

主要的IDE已開始提供支援JDK 9早期版本的構建——包括Netbeans和Eclipse Mars。IntelliJ 14.1據稱支援JDK9，但目前還不清楚對新的模組化JDK擴充套件的支援力度。

到目前為止，這些IDE還不支援HTTP/2和JShell，因為這些功能還沒有登陸OpenJDK的主幹，但是開發者應該很期望它們能夠早日出現在標準的JDK beta版本中，並且有IDE外掛可以緊隨其後。這些API仍在開發中，專案的領導者正在積極尋求終端使用者的使用和參與。

The JDK 9 Outreach programme is also underway to encourage developers to test their code and applications on JDK 9 before it arrives. HTTP/2 & JShell aren’t the only new features being worked on – other new JDK 9 functionality under development as JEPs includes

JDK 9的宣傳計劃也正在鼓勵開發者測試他們的程式碼並在JDK 9上執行應用程式。正在開發的新功能不止包括HTTP/2和JShell—— 其他作為JEP，JDK 9正在開發的新功能還包括：

• 102 Process API的更新（Process API Updates）
• 165 編譯器控制（Compiler Control）
• 227 Unicode 7.0
• 245 驗證虛擬機器程式碼行標記引數（Validate JVM Command-Line Flag Arguments）
• 248: G1作為預設的垃圾回收器（Make G1 the Default Garbage Collector）
• TLS的一系列更新（TLS Updates） (JEP 219, 244, 249)

目前正在審議（以及考慮應該放在哪個Java版本）的所有JEP的完整列表可以在這裡找到。