ما هي طريقة مقابض في جافا

1. مقدمة

في هذا البرنامج التعليمي ، سننظر إلى واجهة برمجة تطبيقات مهمة تم تقديمها في Java 7 وتم تمديدها في إصدارات جديدة ، java.lang.invoke.MethodHandles .

سوف نتعلم ماهية مقابض الطريقة ، وكيفية إنشائها واستخدامها.

2. ما هي مقابض الطريقة؟

في وثائق API ، يحتوي مقبض الأسلوب على هذا التعريف:

مقبض الأسلوب هو مرجع مكتوب قابل للتنفيذ إلى الطريقة الأساسية أو المُنشئ أو الحقل أو أي عملية أخرى منخفضة المستوى مع تحويلات إضافية للوسيطات أو قيم الإرجاع.

بمعنى آخر ، تعد مقابض الطريقة آلية منخفضة المستوى للعثور على أساليب الاتصال وتكييفها. مقابض الطريقة غير قابلة للتغيير وليس لها حالة عرض.

لإنشاء MethodHandle واستخدامها ، يجب إجراء 4 خطوات:

1. إنشاء واصف بحث - بحث
2. تعلن طريقة النوع
3. طريقة بحث مقبض
4. استدعاء طريقة مقبض

2.1. طريقة مقابض مقابل التفكير

تم تقديم مقابض الطريقة لتعمل جنبًا إلى جنب مع java.lang.reflect API ، as يتم إنشاؤها لأغراض مختلفة وتختلف في خصائصها.

من حيث الأداء ، يمكن أن يكون MethodHandles API أسرع بكثير من Reflection API ، لأنه يتم إجراء اختبارات الوصول في وقت الإنشاء بدلاً من التنفيذ . إذا كان هناك مدير أمان ، فإن هذا الاختلاف يزداد بسبب البحث عن الفصول والحصول على عناصرها يخضع لفحوصات إضافية.

ومع ذلك ، فإن الأداء ليس هو المؤشر الوحيد على أمثلية المهمة ، يجب مراعاة أن MethodHandles API أكثر صعوبة في الاستخدام بسبب نقص الآليات مثل الحصول على أساليب الفصل ، والتحقق من رموز الوصول ، وما إلى ذلك.

على الرغم من ذلك ، فإن MethodHandles API تتيح طرق الكاري ، وتغيير نوع وترتيب المعلمات.

الآن ، ومعرفة تعريف والغرض من API MethodHandles ، يمكننا العمل معهم. لنبدأ بالبحث عن الأساليب.

3. إنشاء بحث

أول ما يجب فعله عندما نريد إنشاء مقبض أسلوب هو الحصول على بحث ، كائن المصنع المسؤول عن إنشاء مقابض الطريقة للأساليب والمنشئين والحقول المرئية لفئة البحث.

باستخدام MethodHandles API ، يمكنك إنشاء كائن بحث مع أوضاع وصول مختلفة.

إنشاء بحث يوفر الوصول إلى الطرق العامة:

 MethodHandles.Lookup publicLookup = MethodHandles.publicLookup(); 

ومع ذلك ، إذا كنا بحاجة إلى الوصول إلى الطرق الخاصة والمحمية ، فيمكننا استخدام طريقة lookup () بدلاً من ذلك:

 MethodHandles.Lookup lookup = MethodHandles.lookup(); 

4. إنشاء MethodType

لإنشاء MethodHandle ، يجب تعيين كائن البحث على نوع ، ويمكن القيام بذلك باستخدام فئة MethodType.

على وجه الخصوص ، يمثل MethodType الوسائط ونوع الإرجاع المقبول والمرجع بواسطة مقبض الطريقة ، أو يتم تمريره والمتوقع بواسطة رمز الاتصال.

بنية MethodType بسيطة ، يتم تكوينها من خلال نوع الإرجاع ، جنبًا إلى جنب مع عدد أنواع المعلمات المقابل ، الذي يجب أن يرتبط بالكامل بين مقبض الأسلوب ورمز الاتصال.

مثل MethodHandle ، كل مثيلات MethodType غير قابلة للتغيير.

دعونا نرى كيفية تعريف MethodType الذي يعرف فئة java.util.List بنوع الإرجاع وصفيف الكائنات كنوع إدخال البيانات:

 MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class); 

في حالة إرجاع الأسلوب لنوع بسيط أو (void.class, int.class …) من القيمة ، فإننا نستخدم فئة تمثل هذه الأنواع (void.class, int.class …) .

تحديد MethodType يقوم بإرجاع int وقبول كائن:

 MethodType mt = MethodType.methodType(int.class, Object.class); 

يمكنك البدء في إنشاء MethodHandle.

5. طريقة البحثالمعالجة

بعد أن نقوم بتعيين نوع الأسلوب ، لإنشاء MethodHandle ، تحتاج إلى العثور عليه باستخدام كائن البحث أو publicLookup ، والذي يُرجع أيضًا الفئة المصدر واسم الطريقة.

يوفر Lookup مجموعة من الأساليب التي تسمح لك بالعثور على مقبض الطريقة بالطريقة المثلى ، مع مراعاة نطاق الطريقة. النظر في النهج الأساسية ، بدءا من أبسط.

5.1. طريقة التعامل مع الأساليب

باستخدام طريقة findVirtual() ، يمكنك إنشاء MethodHandle لطريقة المثيل. قم concat() استنادًا إلى طريقة concat() لفئة String :

 MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, String.class); MethodHandle concatMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "concat", mt); 

5.2. طريقة التعامل مع الطرق الثابتة

للوصول إلى الأسلوب الثابت ، يمكنك استخدام طريقة findStatic() :

 MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class); MethodHandle asListMH = publicLookup.findStatic(Arrays.class, "asList", mt); 

في هذه الحالة ، أنشأنا مؤشرًا لطريقة تقوم بتحويل صفيف نوع Object إلى List .

5.3. طريقة التعامل مع البنائين

يمكنك الوصول إلى المنشئ باستخدام طريقة findConstructor() .

قم بإنشاء مقبض أسلوب بسلوك مشابه لمنشئ الفئة Integer باستخدام المعلمة String:

 MethodType mt = MethodType.methodType(void.class, String.class); MethodHandle newIntegerMH = publicLookup.findConstructor(Integer.class, mt); 

5.4. طريقة التعامل مع الحقول

باستخدام مقبض الأسلوب ، يمكنك أيضًا الوصول إلى الحقول.

لنبدأ بتحديد فئة الكتاب:

 public class Book { String id; String title; // constructor } 

كشرط أولي ، لدينا رؤية مباشرة بين مقبض الأسلوب والخاصية المعلنة ، حتى نتمكن من إنشاء مقبض أسلوب بسلوك مماثل لسلوك أسلوب get:

 MethodHandle getTitleMH = lookup.findGetter(Book.class, "title", String.class); 

لمزيد من المعلومات حول إدارة المتغيرات / الحقول ، راجع مقال Java 9 Variable Handles Demystified ، حيث نتحدث عن java.lang.invoke.VarHandle API المقدمة في Java 9.

5.5. طريقة التعامل مع الطرق الخاصة

يمكنك إنشاء مؤشر أسلوب لطريقة الكتابة الخاصة باستخدام java.lang.reflect API .
لنبدأ بإنشاء طريقة خاصة لفئة الكتاب:

 private String formatBook() { return id + " > " + title; } 

الآن يمكننا إنشاء مقبض أسلوب بسلوك الأسلوب formatBook() :

 Method formatBookMethod = Book.class.getDeclaredMethod("formatBook"); formatBookMethod.setAccessible(true); MethodHandle formatBookMH = lookup.unreflect(formatBookMethod); 

6. استدعاء طريقة مقبض

بمجرد قيامنا بإنشاء مقبض الأسلوب الخاص بنا ، انتقل إلى الخطوة التالية. تعطينا الفئة MethodHandle 3 طرق مختلفة لاستدعاء مقبض الأسلوب: invoke() و invokeWithArugments() و invokeExact() .

لنبدأ بطريقة invoke .

6.1. استدعاء طريقة مقبض

عند استخدام طريقة invoke() ، يتم إصلاح عدد الوسائط (arity) ، لكن من الممكن إجراء casting type و packing / unpacking للوسائط وأنواع قيمة الإرجاع.

الآن ، لنرى كيف يمكن استخدام invoke() مع وسيطة محزومة:

 MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, char.class, char.class); MethodHandle replaceMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "replace", mt); String output = (String) replaceMH.invoke("jovo", Character.valueOf('o'), 'a'); assertEquals("java", output); 

في هذه الحالة ، تتطلب replaceMH وسيطات char ، لكن طريقة invoke() replaceMH ضغط وسيطة Character قبل تنفيذها.

6.2. دعوة مع الحجج

استدعاء أسلوب استدعاء باستخدام invokeWithArguments لديه أقل تقييد.

في الواقع ، بالإضافة إلى التحقق من الأنواع ووسائط التعبئة / التفريغ وقيم الإرجاع ، يسمح لك بإجراء مكالمات باستخدام عدد متغير من المعلمات.

في الممارسة العملية ، يمكننا إنشاء قائمة عدد صحيح مع مجموعة من القيم int ذات الطول غير المعروف:

 MethodType mt = MethodType.methodType(List.class, Object[].class); MethodHandle asList = publicLookup.findStatic(Arrays.class, "asList", mt); List<Integer> list = (List<Integer>) asList.invokeWithArguments(1, 2); assertThat(Arrays.asList(1,2), is(list)); 

6.3. اتصل بالضبط

إذا احتجنا إلى تنفيذ مقبض الأسلوب بشكل أكثر تقييدًا (من خلال مجموعة الوسائط ونوعها) ، فإننا نستخدم طريقة invokeExact() .

في الواقع ، لا يوفر القدرة على إلقاء أنواع من الفصل ويتطلب مجموعة ثابتة من الوسائط.

دعونا نرى كيف يمكننا إضافة قيمتين int باستخدام مقبض الأسلوب:

 MethodType mt = MethodType.methodType(int.class, int.class, int.class); MethodHandle sumMH = lookup.findStatic(Integer.class, "sum", mt); int sum = (int) sumMH.invokeExact(1, 11); assertEquals(12, sum); 

في هذه الحالة ، إذا مررنا رقمًا غير invokeExact طريقة invokeExact ، فعندما نتصل ، نحصل على WrongMethodTypeException .

7. العمل مع المصفوفات

يمكن أن تعمل MethodHandles ليس فقط مع الحقول والكائنات ، ولكن أيضًا مع الصفائف. باستخدام API asSpreader() ، يمكنك إنشاء مقبض أسلوب يدعم المصفوفات asSpreader() .

في هذه الحالة ، يأخذ مقبض الأسلوب صفيفًا ، ويوزع عناصره كوسيطات موضعية ، واختيارياً ، طول الصفيف.

دعونا نرى كيفية الحصول على مؤشر الأسلوب للتحقق مما إذا كانت وسيطات الصفيف هي نفس السلسلة:

 MethodType mt = MethodType.methodType(boolean.class, Object.class); MethodHandle equals = publicLookup.findVirtual(String.class, "equals", mt); MethodHandle methodHandle = equals.asSpreader(Object[].class, 2); assertTrue((boolean) methodHandle.invoke(new Object[] { "java", "java" })); 

8. توضيح طريقة التعامل

بمجرد تعيين مؤشر الأسلوب ، يمكنك تحسينه بالربط بالوسيطة ، دون استدعاء الطريقة.

على سبيل المثال ، في Java 9 ، يتم استخدام هذه الخدعة لتحسين تسلسل السلسلة.

دعونا نرى كيف يمكن أن يتم تسلسل عن طريق إرفاق لاحقة ل concatMH :

 MethodType mt = MethodType.methodType(String.class, String.class); MethodHandle concatMH = publicLookup.findVirtual(String.class, "concat", mt); MethodHandle bindedConcatMH = concatMH.bindTo("Hello "); assertEquals("Hello World!", bindedConcatMH.invoke("World!")); 

9. تحديثات جافا 9

أدخل Java 9 العديد من التغييرات على MethodHandles API لتسهيل استخدامه.

تحديثات تتعلق 3 جوانب رئيسية:

• وظائف البحث - تسمح بالبحث من سياقات مختلفة ودعم الأساليب غير المجردة في الواجهات.
• العمليات باستخدام الوسائط - تحسين وظيفة الطي وجمع وتوزيع الوسائط.
• تضيف مجموعات إضافية عمليات loop ( loop ، whileLoop ، doWhileLoop ، ...) وتحسين إدارة الاستثناءات باستخدام tryFinally .

تنطوي هذه التغييرات على ابتكارات مفيدة أخرى:

• تحسين JVM مترجم الأمثل
• انخفاض مثيل
• صب الخرسانة من استخدام API MethodHandles

تتوفر قائمة أكثر تفصيلاً بالتغييرات في واجهة برمجة تطبيقات Javadoc MethodHandles .

10. الخاتمة

في هذه المقالة ، التقينا بواجهة برمجة تطبيقات MethodHandles ، وتعلمنا أيضًا ماهية مقابض الطريقة وكيفية استخدامها.

لقد وصفنا أيضًا كيفية ارتباطه بواجهة برمجة تطبيقات Reflection. نظرًا لأن مقابض طريقة الاتصال هي عملية ذات مستوى منخفض إلى حد ما ، فإن استخدامها يكون مبررًا فقط إذا كانت تناسب مهامك تمامًا.

كالعادة ، كل شفرة المصدر للمقالة متاحة على جيثب .