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Java下的框架編程(反射,泛型,元數(shù)據(jù),CGLib,代碼動態(tài)生成,AOP,動態(tài)語言嵌入)

 ShangShujie 2007-04-11
作者:江南白衣
                                                
   以Ruby為助力的Ruby on Rails 橫空出世,又刷新了一次人們對Framework的認識:Closures、Maxin、Continuations、Metaprogramming、Reflection,又一堆名詞砸得人悴不及防。
      Java 雖然沒有動態(tài)語言般暴起,但仍然天連天,水接水的生出好多框架技術(shù)---反射(reflection),泛型(generics),元數(shù)據(jù)(annotation),proxies(proxy/cglib),代碼動態(tài)生成(asm),AOP(aspectJ),動態(tài)語言嵌入(groovy/javascript/beanshell)。面對著這些,我們像一夜暴富的農(nóng)企,有點手足無措的樣子。

    第一感覺,應(yīng)該出現(xiàn)新的Design Pattern書籍了。
    多年前基于純C++語法寫就的那本經(jīng)典,很多模式都可以被更優(yōu)雅的實現(xiàn),還有更多的新模式,會隨著這些技術(shù)的推廣而出現(xiàn)。

    第二感覺,新的框架模式出現(xiàn)了。
    不斷升級自己的Spring,綜合運用了除泛型外的大部分技術(shù),把編程界的想像力MFC/ EJB2.0 Container這樣傳統(tǒng)的template模式/鉤子函數(shù)的思路,向完全無侵入的標(biāo)準(zhǔn)過渡。
    當(dāng)你不顧性能狂用反射時,C++下的遺憾感開始越來越遠。
    
    第三感覺,自己應(yīng)該重新充電了。
    從C++下編寫框架的經(jīng)歷到盡用“反射,泛型,元數(shù)據(jù),proxy,代碼動態(tài)生成,AOP,動態(tài)語言嵌入”是一條明顯的分界線,自己應(yīng)該調(diào)度足夠的業(yè)余時間,沉實的學(xué)習(xí)一遍。

    這個系列開始一個個介紹上述的積木。

Java5泛型的用法,T.class的獲取和為擦拭法站臺

作者:江南白衣 

   Java 5的泛型語法已經(jīng)有太多書講了,這里不再打字貼書。GP一定有用,不然Java和C#不會約好了似的同時開始支持GP。但大家也清楚,GP和Ruby式的動態(tài)OO語言屬于不同的意識形態(tài),如果是一人一票,我想大部分的平民程序員更熱衷動態(tài)OO語言的平白自然。但如果不準(zhǔn)備跳槽到支持JSR223的動態(tài)語言,那還是看看GP吧。

   胡亂總結(jié)泛型的四點作用:
   第一是泛化,可以拿個T代表任意類型。 但GP是被C++嚴苛的靜態(tài)性逼出來的,落到Java、C#這樣的花語平原里----所有對象除幾個原始類型外都派生于Object,再加上Java的反射功能,Java的Collection庫沒有范型一樣過得好好的。

   第二是泛型 + 反射,原本因為Java的泛型拿不到T.class而覺得泛型沒用,最近才剛剛學(xué)到通過反射的API來獲取T的Class,后述。

   第三是收斂,就是增加了類型安全,減少了強制類型轉(zhuǎn)換的代碼。這點倒是Java Collection歷來的弱項。

   第四是可以在編譯期搞很多東西,比如MetaProgramming。但除非能完全封閉于框架內(nèi)部,框架的使用者和擴展者都不用學(xué)習(xí)這些東西的用法,否則那就是自絕于人民的票房毒藥。C++的MetaProgramming好厲害吧,但對比一下Python拿Meta Programming生造一個Class出來的簡便語法,就明白什么才是真正的叫好又叫座。

   所以,作為一個架構(gòu)設(shè)計師,應(yīng)該使用上述的第2,3項用法,在框架類里配合使用反射和泛型,使得框架的能力更強; 同時采用收斂特性,本著對人民負責(zé)的精神,用泛型使框架更加類型安全,更少強制類型轉(zhuǎn)換。
   
   擦拭法避免了Java的流血分裂 :
    大家經(jīng)常罵Java GP的擦拭法實現(xiàn),但我覺得多虧于它的中庸特性---如果你用就是范型,不用就是普通Object,避免了Java陣營又要經(jīng)歷一場to be or not to be的分裂。 
    最大的例子莫過Java 5的Collection 框架, 比如有些同學(xué)堅持認為自己不會白癡到類型出錯,而且難以忍受每個定義的地方都要帶一個泛型定義List〈Book〉,不用強制類型轉(zhuǎn)換所省下的代碼還不夠N處定義花的(對了,java里面還沒有tyepdef.....),因此對范型十分不感冒,這時就要齊齊感謝這個搽拭法讓你依然可以對一個泛型框架保持非泛型的用法了...

   通過反射獲得 T.class:
   
    不知為何書上不怎么講這個,是差沙告訴我才知道的,最經(jīng)典的應(yīng)用見Hibernate wiki的Generic Data Access Objects, 代碼如下: 
abstract public class BaseHibernateEntityDao<T> extends HibernateDaoSupport {
 
private Class<T> entityClass;
 
public BaseHibernateEntityDao() {
        entityClass 
=(Class<T>) ((ParameterizedType) getClass()
                                .getGenericSuperclass()).getActualTypeArguments()[0];
    }
 
public T get(Serializable id) {
        T o 
= (T) getHibernateTemplate().get(entityClass, id);
}
}

  精華就是這句了:
Class<T> entityClass = (Class<T>) ((ParameterizedType) getClass().getGenericSuperclass()).getActualTypeArguments()[0]; 

  泛型之后,所有BaseHibernateEntityDao的子類只要定義了泛型,就無需再重載getEnttityClass(),get()函數(shù)和find()函數(shù),銷益挺明顯的,所以SpringSide的Dao基類毫不猶豫就泛型了。

  不過擦拭法的大棒仍在,所以子類的泛型語法可不能亂寫,最正確的用法只有:
   
public class BookDao extends BaseHibernateEntityDao<Book>
 

Java下的框架編程(3)--關(guān)于反射的碎話

     反射,所有教科書都正兒八經(jīng)的講了,這里只能再隨便講兩句。

     反射是一種讓框架能夠根據(jù) "以字符串形式存在的信息" 來調(diào)用對象的屬性和函數(shù)的技術(shù),是Java對C++最大的進步之一---讓框架編程真正走向平民化。MFC年代,無論侯捷如何深入淺出,還在念大學(xué)的我就是搞不懂那些注冊"消息--函數(shù)映射"的魔法宏。

     不過Java的反射也就是對著C++比較自豪而以,因為C#,Ruby,Python甚至php都標(biāo)配了反射的功能。而且,人家的反射語法都是內(nèi)嵌在基礎(chǔ)Object類的,拿最弱的php來看:
$func_name="helloworld";
$foo->$func_name;

     而Java,卻搞出了Class,Methed, Field,Constructor這么一大堆類出來。本來這是Java設(shè)計師很嚴謹,很cool的體現(xiàn),問題是它居然不提供一種集成的簡便的寫法......相同的情形還出現(xiàn)在Java的I/O 類庫里。
    微軟這方面就做得好些,懂得討好開發(fā)人員。

    因為Java的無情,就搞得大家的項目里要自制BeanUtils了。幸虧Apache Jakarta Commons 已經(jīng)做了一個比較好的,可以直接使用--以前寫的介紹文章
    另外Spring也做了一個。

    閑得沒事做的,還可以emule一本〈Relection in action〉回來看。

    而C++下面的"反射",見我偶像di文章。另還有一個比較BT的C++框架叫ACDK的,把自己整得和Java很像,有反射和垃圾收集,甚至和JSDK差不多的線程,Unicode,I/O,網(wǎng)絡(luò),XML API??上У氖?,即使到了C++0x, B大叔還是不準(zhǔn)備在語言級支持反射。
 

Java下的框架編程(4)--Annotation vs XML vs Interface 最新一Round

作者:江南白衣 

1.因為兩者的用途不同,所以Annotation與XML應(yīng)該并存

 Anootation vs XML 到了現(xiàn)在,在Spring和EJB3各占一邊的持續(xù)演示下,各自的用途已清晰。
   雖然兩者之間完全可以相互替代,沒有絕對不能做的事情,但卻存在好不好的問題,兩者的用途不同,應(yīng)該并用:

   "size=10,db_user=ito"這樣的參數(shù),仍然適合放在XML,YAML(ruby),properties,ini文件里。
    而Annotation中所放,是真正程序的一部分,是舊編程體系中所缺的那一塊東西。
 看看編程語言的發(fā)展:
    一開始只是函數(shù)的封裝;
    到了OO語言,對象有了自己的屬性和方法;
    到了框架滿天飛的年代,這些屬性和方法又有了自己的屬性,來告訴框架如何為自己提供服務(wù)。比如Spring和EJB3,POJO就用配置信息來告訴框架無侵入的提供服務(wù)。整個進化的過程非常自然。

    因為這些信息本來就是程序的一部分,所以應(yīng)該仍然放在Code里頭,Spring把它割裂到XML明顯影響了代碼的閱讀。

2.Anotation/XML PK Interface,Spring 無侵入性的基礎(chǔ)
   切爾斯基的Blog講了Annotation/XML 對Interface的PK。這次PK,也可以認為是Spring 對 EJB2.1在框架無侵入性上的一次PK。
   在EJB2.1時代,POJO必須通過接口來向框架聲明一些東西,這就造成了框架的侵入性,強迫POJO實現(xiàn)一堆接口。而Spring,把這些元信息搬到了XML配置文件。
 在Spring里隨便就可以舉個例子。比如一個POJO,在Spring為它進行依賴注入A和B后,需要根據(jù)A和B來裝配一個內(nèi)部屬性C,這樣就需要再跑一個init()函數(shù)。Spring提供兩種方式,一種侵入性的,實現(xiàn)InitializingBean接口的afterPropertiesSet()函數(shù)供Spring調(diào)用。   而另一種是無侵入性的,在Bean的xml節(jié)點里面自行定義init函數(shù)的名字。

3.Annotation目前的弱點
 一是Hibernate、Struts、三姑媽、四姨婆的annotation如果一股腦兒的全堆在可憐的POJO上很沒人道,如果三姑六婆都搶Transation這個Anontation就更慘了。
    二是annoation的表達能力有限,不如XML的強。

4.JSR250 - Common Annotations for the Java
    Final Draft已經(jīng)發(fā)布,八卦回來一看,也只是多定義了幾個Common Annotation而已。
   1.Generated  自動生成的代碼要用此聲明,而且必須說明工具的名稱,如@Generated(“com.sun.xml.rpc.AProcessor”)

   2.Resource/Resources 就是EJB3里面用的資源引用。

   3.PostConstruct / PreDestroy 聲明那些如題的函數(shù)。
  
   還有一些安全方面的annotation,不關(guān)心
 

Java下的框架編程(5)--cglib的應(yīng)用

   作者:江南白衣 

   反射、Proxy和元數(shù)據(jù)是Java最強的三個特征,再加上CGLib (Code Generation Library)和ASM,使得Java雖然沒有Ruby,Python般后生可畏,一樣能做出強悍的框架。
   Proxy可以看作是微型的AOP,明白提供了在繼承和委托之外的第三個代碼封裝途徑,只要有足夠的想象力,可以做得非常好玩,Spring的源碼里用Proxy就用得很隨便,看得我非常眼紅??上roxy必須基于接口。因此Spring的做法,基于接口的用proxy,否則就用cglib。AOP么,一般小事非compoent一級的就不麻煩AspectJ出手了。

    cglib的Enhancer說起來神奇,用起來一頁紙不到就講完了。
    它的原理就是用Enhancer生成一個原有類的子類,并且設(shè)置好callback到proxy, 則原有類的每個方法調(diào)用都會轉(zhuǎn)為調(diào)用實現(xiàn)了MethodInterceptor接口的proxy的intercept() 函數(shù):
public Object intercept(Object o,Method method,Object[] args,MethodProxy proxy)

 在intercept()函數(shù)里,你可以在執(zhí)行Object result=proxy.invokeSuper(o,args);來執(zhí)行原有函數(shù),在執(zhí)行前后加入自己的東西,改變它的參數(shù)值,也可以瞞天過海,完全干別的。說白了,就是AOP中的around advice。

    AOP沒有出現(xiàn)以前,該領(lǐng)域經(jīng)典的設(shè)計模式是Decorator,像Java IO Stream的設(shè)計就是如此.不過,如果為每個DAO, 每個方法的寫Decorator函數(shù)會寫死人的,所以用上cglib的好處是一次過攔截所有方法。 

     另外,cglib除了Enhancer之外,還有BulkBean和Transform,都是Hibernate持久化的基礎(chǔ),但文檔貧乏,一時還沒去看怎么用。

1.AOP里講了一百遍阿一百遍的log aspect在cglib是這樣做的:


   
public class LogDAOProxy implements MethodInterceptor
   {
       
private Logger log=Logger.getLogger(LogDAOProxy.class);
       
private Enhancer enhancer=new Enhancer();
        
//返回DAO的子類
       public Object getDAO(Class clz)
       {
           enhancer.setSuperclass(clz);
           enhancer.setCallback(
this);
           
return enhancer.create();
       }
       
//默認的攔截方法
      public Object intercept(Object o,Method method,Object[] args,MethodProxy proxy) throws Throwable
      {
           log.info(
"調(diào)用日志方法"+method.getName());
           Object result
=proxy.invokeSuper(o,args);
           
return result;
      }
   }

    應(yīng)用的代碼:
    LogDAOProxy proxy = new LogDAOProxy();
    GoodsDAO  dao 
= (GoodsDAO)proxy.getDAO(GoodsDAO.class);
    dao.insert(goods);

2.而在Spring的管理下應(yīng)該略加修改的高級Decorator
   上面的例子用return enhancer.create();創(chuàng)建子類實例,但在Spring管理下,一些Bean的實例必須由Spring來創(chuàng)建和管理,而不由enhancer來創(chuàng)建的。所以我對上述用法略加修改,使它真正當(dāng)一個Proxy的角色,請對比黑體字的部分


  public class LogDAOProxy implements MethodInterceptor
  {
       
private Logger log=Logger.getLogger(LogDAOProxy.class);
       
private Object dao=null;
       
private Enhancer enhancer=new Enhancer();
        
//返回DAO的子類
       public Object getDAO(Class clz,Object dao)
       {
           
this.dao = dao;
           enhancer.setSuperclass(clz);
           enhancer.setCallback(
this);
           
return enhancer.create();
       }      
       
//默認的攔截方法
      public Object intercept(Object o,Method method,Object[] args,MethodProxy proxy) throws Throwable
      {
           log.info(
"調(diào)用日志方法"+method.getName());
           Object result
=proxy.invoke(dao, args);
           
return result;
      }
  }

可見,原來模式里在getDao()時由enhancer創(chuàng)建dao,而 調(diào)用intercept時則將enhancer創(chuàng)建的dao以O(shè)bject o參數(shù)傳回。
而新模式里,dao在getDao()時從外面?zhèn)魅耄琫nhancer.create()返回的是一個proxy. 而調(diào)用intercept時,實際會用之前傳入的dao進行操作,而忽略O(shè)bject o參數(shù)傳入的proxy.

有點遺憾, intercept函數(shù)里MethodProxy的Signature是固定的 , 即客戶如果調(diào)用foo(String),你不可以用proxy.invoke偷換成foo(String,String);

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