关于 Java 你不知道的 10 件事

作为 Java 书呆子，比起实用技能，我们会对介绍 Java 和 JVM 的概念细节更感兴趣。因此我想推荐 Lukas Eder 在 jooq.org 发表的原创作品给大家。

你是从很早开始就一直使用 Java 吗？那你还记得它的过去吗？那时，Java 还叫 Oak，OO 还是一个热门话题，C++ 的 folk 者认为 Java 是不可能火起来，Java 开发的小应用程序 Applets 还受到关注。

我敢打赌，下面我要介绍的这些事，有一半你都不知道。下面让我们来深入探索 Java 的神秘之处。

1. 没有检查异常这种事情

没错！JVM 不会知道这些事情，只有 Java 语句知道。

如今大家都认为检查异常是个错误。正如 Bruce Eckel 在布拉格 GeeCON 闭幕时所说，Java 之后再没别的语言检查异常，甚至 Java 8 在新的 Stream API 中也不再干这个事情(如果你的 Lambda 使用 IO 和 JDBC，这其实还是有点痛苦)。

如何证实 JVM 并不清楚检查异常一事？试试下面的代码：

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;
    }
}

这不仅可以编译通过，它还可以抛出 SQLException。你甚至不需要 Lombok 的 @SneakyThrows 就能办到。

这篇文章可以看到更详细的相关内容，或者在 Stack Overflow 上看。

2. 你可以定义仅在返回值有差异的重载函数

这样的代码无法编译，对不？

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

对。 Java 语言不允许两个方法在同一个类中“等效重载”，而忽略其诸如throws自居或返回类型等的潜在的差异。

查看 Class.getMethod(String, Class…) 的 Javadoc。 其中说明如下：

请注意，类中可能有多个匹配方法，因为 Java 语言禁止在一个类声明具有相同签名但返回类型不同的多个方法，但 Java 虚拟机并不是如此。虚拟机中增加的灵活性可以用于实现各种语言特征。例如，可以用桥接方法实现协变参返回; 桥接方法和被重写的方法将具有相同的签名但拥有不同的返回类型。

哇哦，有道理。实际上下面的代码暗藏着很多事情：

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

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

来看看为 Child 生成的字节码：

// 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]

其实在字节码中 T 真的只是 Object。这很好理解。

合成的桥方法实际是由编译器生成的，因为 Parent.x() 签名中的返回类型在实际调用的时候正好是 Object。在没有这种桥方法的情况下引入泛型将无法在二进制下兼容。因此，改变 JVM 来允许这个特性所带来的痛苦会更小(副作用是允许协变凌驾于一切之上) 很聪明，不是吗？

你看过语言内部的细节吗？不妨看看，在这里会发现更多很有意思的东西。

3. 所有这些都是二维数组！

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

是的，这是真的。即使你的大脑解析器不能立刻理解上面方法的返回类型，但其实他们都是一样的！类似的还有下面这些代码片段：

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

你认为这很疯狂？想象在上面使用 JSR-308 / Java 8 类型注解 。语法的可能性指数激增！

@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 [] = {{}};
}

类型注解。看起来很神秘，其实并不难理解。

或者换句话说:

当我做最近一次提交的时候是在我4周的假期之前。

对你来说，上面的内容在你的实际使用中找到了吧。

4. 条件表达式的特殊情况

可能大多数人会认为：

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

是否等价于：

Object o2;

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

然而，事实并非如此。我们来测试一下就知道了。

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

输出结果：

1.0
1

由此可见，三目条件运算符会在有需要的情况下，对操作数进行类型提升。注意，是只在有需要时才进行；否则，代码可能会抛出 NullPointerException 空引用异常：

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. 你还没搞懂复合赋值运算符

很奇怪吗？来看看下面这两行代码：

i += j;
i = i + j;

直观看来它们等价，是吗？但可其实它们并不等价！JLS 解释如下：

E1 op= E2 形式的复合赋值表达式等价于 E1 = (T)((E1) op (E2))，这里 T 是 E1 的类型，E1 只计算一次。

非常好，我想引用 Peter Lawrey Stack Overflow 上的对这个问题的回答：

使用 *= 或 /= 来进行计算的例子

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'

现在看到它的作用了吗？我会在应用程序中对字符串进行乘法计算。因为，你懂的…

6. 随机整数

现在有一个更难的谜题。不要去看答案，看看你能不能自己找到答案。如果运行下面的程序：

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

… “有时候”，我会得到下面的输出：

92
221
45
48
236
183
39
193
33
84

这怎么可能？？

. spoiler… 继续解答…

好了，答案在这里 (https://blog.jooq.org/2013/10/17/add-some-entropy-to-your-jvm/)，这必须通过反射重写 JDK 的 Integer 缓存，然后使用自动装箱和拆箱。不要在家干这种事情！或者，我们应该换种方式进行此类操作。

7. GOTO

这是我的最爱之一。Java也有GOTO！输入下试试……

int goto = 1;

将输出：

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

这是因为goto是一个未使用的关键字, 仅仅是为了以防万一……

但这不是最令人兴奋的部分。令人兴奋的部分是你可以使用 break、continue 和标记块来实现 goto 功能：

向前跳：

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

在字节码中格式如下：

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

向后跳：

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

在字节码中格式如下:

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

8. Java 有类型别名

其它语言 (比如 Ceylon) 中，我们很容易为类型定义别名：

interface People => Set<Person>;

这里产生了 People 类型，使用它就跟使用 Set<Person> 一样：

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

Java 中我们不能在顶层作用域定义类型别名，但是我们可以在类或方法作用域中干这个事情。假如我们不喜欢 Integer、Long 等等名称，而是想用更简短的 I 和 L，很简单：

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

在上面的程序中，Test 类作用域内 Integer 被赋予 I 这样的 “别名”，类似地，Long 在 x() 方法中被赋予 L 这样的 “别名”。之后我们可以这样调用方法：

new Test().x(1, 2L);

这种技术当然不太会受重视。这种情况下，Integer 和 Long 都是 final 类型，也就是说，I 和 L 是事实上的别名(基本上赋值兼容性只需要考虑一种可能性)。如果我们使用非 final 类型 (比如 Object)，那就是一般的泛型。

这些把戏已经玩够了。现在来看看真正了不起的东西！

9. 某些类型的关系并不确定！

好了，这会很引人注目，先来杯咖啡提提神。思考一下下面两个类型：

// 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>>>> {}

现在告诉我，类型 C 和 D 到底是什么？

它们存在递归，是一种类似 java.lang.Enum (但有略微不同)的递归方式。看看：

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

在上面的描述中，enum 实际上只是单纯的语法糖：

// This
enum MyEnum {}

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

认识到这一点之后我们回过头来看看前面提到的两个类型，下面的代码会编译成什么样？

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

非常难回答的问题，不过 Ross Tate 已经回答了。这个问题的答案是不可判定的：

C 是 Type<? super C> 的子类?

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

然后：

D 是 Type<? super D<Byte>> 的子类?

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 中试着编译一下，它会崩溃！ (不用担心，我提交了 BUG 报告)

让这个事情沉下去…

Java 中某些类型的关系是不明确的！

如果你对 Java 这个用法感到奇怪之余也感兴趣，就去看看 Ross Tate 写的 “在 Java 的类型系统中使用通配符” (与 Alan Leung 和 Sorin Lerner 合著)，我们也在讨论泛型多态中的相关子类多态性。

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) (() -> {}));