關於 Java 你不知道的 10 件事

作為 Java 書呆子，比起實用技能，我們會對介紹 Java 和 JVM 的概念細節更感興趣。因此我想推薦 Lukas Eder 在 jooq.org 發表的原創作品給大家。

你是從很早開始就一直使用 Java 嗎？那你還記得它的過去嗎？那時，Java 還叫 Oak，OO 還是一個熱門話題，C++ 的 folk 者認為 Java 是不可能火起來，Java 開發的小應用程式 Applets 還受到關注。

我敢打賭，下面我要介紹的這些事，有一半你都不知道。下面讓我們來深入探索 Java 的神祕之處。

1. 沒有檢查異常這種事情

沒錯！JVM 不會知道這些事情，只有 Java 語句知道。

如今大家都認為檢查異常是個錯誤。正如 Bruce Eckel 在布拉格 GeeCON 閉幕時所說，Java 之後再沒別的語言檢查異常，甚至 Java 8 在新的 Stream API 中也不再幹這個事情(如果你的 Lambda 使用 IO 和 JDBC，這其實還是有點痛苦)。

如何證實 JVM 並不清楚檢查異常一事？試試下面的程式碼：

public class Test {

    // No throws clause here
    public static void main(String[] args) {
        doThrow(new SQLException());
    }

    static void doThrow(Exception e) {
        Test.<RuntimeException> doThrow0(e);
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    static <E extends Exception> void doThrow0(Exception e) throws E {
        throw (E) e;
    }
}

這不僅可以編譯通過，它還可以丟擲 SQLException。你甚至不需要 Lombok 的 @SneakyThrows 就能辦到。

這篇文章可以看到更詳細的相關內容，或者在 Stack Overflow 上看。

2. 你可以定義僅在返回值有差異的過載函式

這樣的程式碼無法編譯，對不？

class Test {
    Object x() { return "abc"; }
    String x() { return "123"; }
}

對。 Java 語言不允許兩個方法在同一個類中“等效過載”，而忽略其諸如throws自居或返回型別等的潛在的差異。

檢視 Class.getMethod(String, Class…) 的 Javadoc。 其中說明如下：

請注意，類中可能有多個匹配方法，因為 Java 語言禁止在一個類宣告具有相同簽名但返回型別不同的多個方法，但 Java 虛擬機器並不是如此。虛擬機器中增加的靈活性可以用於實現各種語言特徵。例如，可以用橋接方法實現協變參返回; 橋接方法和被重寫的方法將具有相同的簽名但擁有不同的返回型別。

哇哦，有道理。實際上下面的程式碼暗藏著很多事情：

abstract class Parent<T> {
    abstract T x();
}

class Child extends Parent<String> {
    @Override
    String x() { return "abc"; }
}

來看看為 Child 生成的位元組碼：

// Method descriptor #15 ()Ljava/lang/String;
// Stack: 1, Locals: 1
java.lang.String x();
  0  ldc </String><String "abc"> [16]
  2  areturn
    Line numbers:
      [pc: 0, line: 7]
    Local variable table:
      [pc: 0, pc: 3] local: this index: 0 type: Child

// Method descriptor #18 ()Ljava/lang/Object;
// Stack: 1, Locals: 1
bridge synthetic java.lang.Object x();
  0  aload_0 [this]
  1  invokevirtual Child.x() : java.lang.String [19]
  4  areturn
    Line numbers:
      [pc: 0, line: 1]

其實在位元組碼中 T 真的只是 Object。這很好理解。

合成的橋方法實際是由編譯器生成的，因為 Parent.x() 簽名中的返回型別在實際呼叫的時候正好是 Object。在沒有這種橋方法的情況下引入泛型將無法在二進位制下相容。因此，改變 JVM 來允許這個特性所帶來的痛苦會更小(副作用是允許協變凌駕於一切之上) 很聰明，不是嗎？

你看過語言內部的細節嗎？不妨看看，在這裡會發現更多很有意思的東西。

3. 所有這些都是二維陣列！

class Test {
    int[][] a()  { return new int[0][]; }
    int[] b() [] { return new int[0][]; }
    int c() [][] { return new int[0][]; }
}

是的，這是真的。即使你的大腦解析器不能立刻理解上面方法的返回型別，但其實他們都是一樣的！類似的還有下面這些程式碼片段：

class Test {
    int[][] a = {{}};
    int[] b[] = {{}};
    int c[][] = {{}};
}

你認為這很瘋狂？想象在上面使用 JSR-308 / Java 8 型別註解 。語法的可能性指數激增！

@Target(ElementType.TYPE_USE)
@interface Crazy {}

class Test {
    @Crazy int[][]  a1 = {{}};
    int @Crazy [][] a2 = {{}};
    int[] @Crazy [] a3 = {{}};

    @Crazy int[] b1[]  = {{}};
    int @Crazy [] b2[] = {{}};
    int[] b3 @Crazy [] = {{}};

    @Crazy int c1[][]  = {{}};
    int c2 @Crazy [][] = {{}};
    int c3[] @Crazy [] = {{}};
}

型別註解。看起來很神祕，其實並不難理解。

或者換句話說:

當我做最近一次提交的時候是在我4周的假期之前。

對你來說，上面的內容在你的實際使用中找到了吧。

4. 條件表示式的特殊情況

可能大多數人會認為：

Object o1 = true ? new Integer(1) : new Double(2.0);

是否等價於：

Object o2;

if (true)
    o2 = new Integer(1);
else
    o2 = new Double(2.0);

然而，事實並非如此。我們來測試一下就知道了。

System.out.println(o1);
System.out.println(o2);

輸出結果：

1.0
1

由此可見，三目條件運算子會在有需要的情況下，對運算元進行型別提升。注意，是隻在有需要時才進行；否則，程式碼可能會丟擲 NullPointerException 空引用異常：

Integer i = new Integer(1);
if (i.equals(1))
    i = null;
Double d = new Double(2.0);
Object o = true ? i : d; // NullPointerException!
System.out.println(o);

5. 你還沒搞懂複合賦值運算子

很奇怪嗎？來看看下面這兩行程式碼：

i += j;
i = i + j;

直觀看來它們等價，是嗎？但可其實它們並不等價！JLS 解釋如下：

E1 op= E2 形式的複合賦值表示式等價於 E1 = (T)((E1) op (E2))，這裡 T 是 E1 的型別，E1 只計算一次。

非常好，我想引用 Peter Lawrey Stack Overflow 上的對這個問題的回答：

使用 *= 或 /= 來進行計算的例子

byte b = 10;
b *= 5.7;
System.out.println(b); // prints 57

或者

byte b = 100;
b /= 2.5;
System.out.println(b); // prints 40

或者

char ch = '0';
ch *= 1.1;
System.out.println(ch); // prints '4'

或者

char ch = 'A';
ch *= 1.5;
System.out.println(ch); // prints 'a'

現在看到它的作用了嗎？我會在應用程式中對字串進行乘法計算。因為，你懂的…

6. 隨機整數

現在有一個更難的謎題。不要去看答案，看看你能不能自己找到答案。如果執行下面的程式：

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println((Integer) i);
}

… “有時候”，我會得到下面的輸出：

92
221
45
48
236
183
39
193
33
84

這怎麼可能？？

. spoiler… 繼續解答…

好了，答案在這裡 (https://blog.jooq.org/2013/10/17/add-some-entropy-to-your-jvm/)，這必須通過反射重寫 JDK 的 Integer 快取，然後使用自動裝箱和拆箱。不要在家幹這種事情！或者，我們應該換種方式進行此類操作。

7. GOTO

這是我的最愛之一。Java也有GOTO！輸入下試試……

int goto = 1;

將輸出：

Test.java:44: error: <identifier> expected
int goto = 1;
^

這是因為goto是一個未使用的關鍵字, 僅僅是為了以防萬一……

但這不是最令人興奮的部分。令人興奮的部分是你可以使用 break、continue 和標記塊來實現 goto 功能：

向前跳：

label: {
  // do stuff
  if (check) break label;
  // do more stuff
}

在位元組碼中格式如下：

2  iload_1 [check]
3  ifeq 6          // Jumping forward
6  ..

向後跳：

label: do {
  // do stuff
  if (check) continue label;
  // do more stuff
  break label;
} while(true);

在位元組碼中格式如下:

2  iload_1 [check]
3  ifeq 9
6  goto 2          // Jumping backward
9  ..

8. Java 有型別別名

其它語言 (比如 Ceylon) 中，我們很容易為型別定義別名：

interface People => Set<Person>;

這裡產生了 People 型別，使用它就跟使用 Set<Person> 一樣：

People?      p1 = null;
Set</Person><Person>? p2 = p1;
People?      p3 = p2;

Java 中我們不能在頂層作用域定義型別別名，但是我們可以在類或方法作用域中幹這個事情。假如我們不喜歡 Integer、Long 等等名稱，而是想用更簡短的 I 和 L，很簡單：

class Test<I extends Integer> {
    <L extends Long> void x(I i, L l) {
        System.out.println(
            i.intValue() + ", " +
            l.longValue()
        );
    }
}

在上面的程式中，Test 類作用域內 Integer 被賦予 I 這樣的 “別名”，類似地，Long 在 x() 方法中被賦予 L 這樣的 “別名”。之後我們可以這樣呼叫方法：

new Test().x(1, 2L);

這種技術當然不太會受重視。這種情況下，Integer 和 Long 都是 final 型別，也就是說，I 和 L 是事實上的別名(基本上賦值相容性只需要考慮一種可能性)。如果我們使用非 final 型別 (比如 Object)，那就是一般的泛型。

這些把戲已經玩夠了。現在來看看真正了不起的東西！

9. 某些型別的關係並不確定！

好了，這會很引人注目，先來杯咖啡提提神。思考一下下面兩個型別：

// A helper type. You could also just use List
interface Type<T> {}

class C implements Type<Type <? super C>> {}
class D<P> implements Type<Type <? super D<D<P>>>> {}

現在告訴我，型別 C 和 D 到底是什麼？

它們存在遞迴，是一種類似 java.lang.Enum (但有略微不同)的遞迴方式。看看：

public abstract class Enum<E extends Enum<E>> { ... }

在上面的描述中，enum 實際上只是單純的語法糖：

// This
enum MyEnum {}

// Is really just sugar for this
class MyEnum extends Enum<MyEnum> { ... }

認識到這一點之後我們回過頭來看看前面提到的兩個型別，下面的程式碼會編譯成什麼樣？

class Test {
    Type< ? super C> c = new C();
    Type< ? super D<Byte>> d = new D<Byte>();
}

非常難回答的問題，不過 Ross Tate 已經回答了。這個問題的答案是不可判定的：

C 是 Type<? super C> 的子類?

Step 0) C <?: Type<? super C>
Step 1) Type<Type<? super C>> <?: Type (inheritance)
Step 2) C  (checking wildcard ? super C)
Step . . . (cycle forever)

然後：

D 是 Type<? super D<Byte>> 的子類?

Step 0) D<Byte> <?: Type<? super C<Byte>>
Step 1) Type<Type<? super D<D<Byte>>>> <?: Type<? super D<Byte>>
Step 2) D<Byte> <?: Type<? super D<D<Byte>>>
Step 3) Type<Type<? super C<C>>> <?: Type<? super C<C>>
Step 4) D<D<Byte>> <?: Type<? super D<D<Byte>>>
Step . . . (expand forever)

在 Eclipse 中試著編譯一下，它會崩潰！ (不用擔心，我提交了 BUG 報告)

讓這個事情沉下去…

Java 中某些型別的關係是不明確的！

如果你對 Java 這個用法感到奇怪之餘也感興趣，就去看看 Ross Tate 寫的 “在 Java 的型別系統中使用萬用字元” (與 Alan Leung 和 Sorin Lerner 合著)，我們也在討論泛型多型中的相關子類多型性。

class Test<T extends Serializable & Cloneable> {
}

// Doesn't compile
Test<String> s = null;

// Compiles
Test<Date> d = null;

<T extends Runnable & Serializable> void execute(T t) {}

execute((Serializable) (() -> {}));

execute((Runnable & Serializable) (() -> {}));