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Java SE 6 新特性: 編譯器 API

系統 1856 0

2006 年底,Sun 公司發布了 Java Standard Edition 6(Java SE 6)的最終正式版,代號 Mustang(野馬)。跟 Tiger(Java SE 5)相比,Mustang 在性能方面有了不錯的提升。與 Tiger 在 API 庫方面的大幅度加強相比,雖然 Mustang 在 API 庫方面的新特性顯得不太多,但是也提供了許多實用和方便的功能:在腳本,WebService,XML,編譯器 API,數據庫,JMX,網絡和 Instrumentation 方面都有不錯的新特性和功能加強。 本系列 文章主要介紹 Java SE 6 在 API 庫方面的部分新特性,通過一些例子和講解,幫助開發者在編程實踐當中更好的運用 Java SE 6,提高開發效率。

本文是其中的第四篇,介紹了 JDK 6 中為在運行時操縱編譯器所增加的編譯器 API(JSR 199)。您將了解到,利用此 API 開發人員可以在運行時調用 Java 編譯器,還可以編譯非文本形式的 Java 源代碼,最后還能夠采集編譯器的診斷信息。本文將展開描述這些功能,并使用這些功能構造一個簡單的應用 —— 在內存中,直接為一個類生成測試用例。

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新 API 功能簡介

JDK 6 提供了在運行時調用編譯器的 API,后面我們將假設把此 API 應用在 JSP 技術中。在傳統的 JSP 技術中,服務器處理 JSP 通常需要進行下面 6 個步驟:

  1. 分析 JSP 代碼;
  2. 生成 Java 代碼;
  3. 將 Java 代碼寫入存儲器;
  4. 啟動另外一個進程并運行編譯器編譯 Java 代碼;
  5. 將類文件寫入存儲器;
  6. 服務器讀入類文件并運行;

但如果采用運行時編譯,可以同時簡化步驟 4 和 5,節約新進程的開銷和寫入存儲器的輸出開銷,提高系統效率。實際上,在 JDK 5 中,Sun 也提供了調用編譯器的編程接口。然而不同的是,老版本的編程接口并不是標準 API 的一部分,而是作為 Sun 的專有實現提供的,而新版則帶來了標準化的優點。

新 API 的第二個新特性是可以編譯抽象文件,理論上是任何形式的對象 —— 只要該對象實現了特定的接口。有了這個特性,上述例子中的步驟 3 也可以省略。整個 JSP 的編譯運行在一個進程中完成,同時消除額外的輸入輸出操作。

第三個新特性是可以收集編譯時的診斷信息。作為對前兩個新特性的補充,它可以使開發人員輕松的輸出必要的編譯錯誤或者是警告信息,從而省去了很多重定向的麻煩。





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運行時編譯 Java 文件

在 JDK 6 中,類庫通過 javax.tools 包提供了程序運行時調用編譯器的 API。從這個包的名字 tools 可以看出,這個開發包提供的功能并不僅僅限于編譯器。工具還包括 javah、jar、pack200 等,它們都是 JDK 提供的命令行工具。這個開發包希望通過實現一個統一的接口,可以在運行時調用這些工具。在 JDK 6 中,編譯器被給予了特別的重視。針對編譯器,JDK 設計了兩個接口,分別是 JavaCompiler JavaCompiler.CompilationTask

下面給出一個例子,展示如何在運行時調用編譯器。

  • 指定編譯文件名稱(該文件必須在 CLASSPATH 中可以找到): String fullQuanlifiedFileName = "compile" + java.io.File.separator +"Target.java";
  • 獲得編譯器對象: JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();

通過調用 ToolProvider getSystemJavaCompiler 方法,JDK 提供了將當前平臺的編譯器映射到內存中的一個對象。這樣使用者可以在運行時操縱編譯器。 JavaCompiler 是一個接口,它繼承了 javax.tools.Tool 接口。因此,第三方實現的編譯器,只要符合規范就能通過統一的接口調用。同時,tools 開發包希望對所有的工具提供統一的運行時調用接口。相信將來, ToolProvider 類將會為更多地工具提供 getSystemXXXTool 方法。tools 開發包實際為多種不同工具、不同實現的共存提供了框架。

  • 編譯文件: int result = compiler.run(null, null, null, fileToCompile);

獲得編譯器對象之后,可以調用 Tool.run 方法對源文件進行編譯。 Run 方法的前三個參數,分別可以用來重定向標準輸入、標準輸出和標準錯誤輸出, null 值表示使用默認值。 清單 1 給出了一個完整的例子:


清單 1. 程序運行時編譯文件
              01 package compile;
              
02 import java.util.Date;
03 public class Target {
04 public void doSomething(){
05 Date date = new Date(10, 3, 3);
// 這個構造函數被標記為deprecated, 編譯時會
// 向錯誤輸出輸出信息。
06 System.out.println("Doing...");
07 }
08 }

09 package compile;
10 import javax.tools.*;
11 import java.io.FileOutputStream;
12 public class Compiler {
13 public static void main(String[] args) throws Exception{
14 String fullQuanlifiedFileName = "compile" + java.io.File.separator +
"Target.java";
15 JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();

16 FileOutputStream err = new FileOutputStream("err.txt");

17 int compilationResult = compiler.run(null, null, err, fullQuanlifiedFileName);

18 if(compilationResult == 0){
19 System.out.println("Done");
20 } else {
21 System.out.println("Fail");
22 }
23 }
24 }

首先運行 <JDK60_INSTALLATION_DIR>\bin\javac Compiler.java,然后運行 <JDK60_INSTALLATION_DIR>\jdk1.6.0\bin\java compile.Compiler。屏幕上將輸出 Done ,并會在當前目錄生成一個 err.txt 文件,文件內容如下:

              Note: compile/Target.java uses or overrides a deprecated API.
              
Note: Recompile with -Xlint:deprecation for details.

仔細觀察 run 方法,可以發現最后一個參數是 String...arguments ,是一個變長的字符串數組。它的實際作用是接受傳遞給 javac 的參數。假設要編譯 Target.java 文件,并顯示編譯過程中的詳細信息。命令行為: javac Target.java -verbose 。相應的可以將 17 句改為:

              int compilationResult = compiler.run(null, null, err, “-verbose”,fullQuanlifiedFileName);
              





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編譯非文本形式的文件

JDK 6 的編譯器 API 的另外一個強大之處在于,它可以編譯的源文件的形式并不局限于文本文件。 JavaCompiler 類依靠文件管理服務可以編譯多種形式的源文件。比如直接由內存中的字符串構造的文件,或者是從數據庫中取出的文件。這種服務是由 JavaFileManager 類提供的。通常的編譯過程分為以下幾個步驟:

  1. 解析 javac 的參數;
  2. 在 source path 和/或 CLASSPATH 中查找源文件或者 jar 包;
  3. 處理輸入,輸出文件;

在這個過程中, JavaFileManager 類可以起到創建輸出文件,讀入并緩存輸出文件的作用。由于它可以讀入并緩存輸入文件,這就使得讀入各種形式的輸入文件成為可能。JDK 提供的命令行工具,處理機制也大致相似,在未來的版本中,其它的工具處理各種形式的源文件也成為可能。為此,新的 JDK 定義了 javax.tools.FileObject javax.tools.JavaFileObject 接口。任何類,只要實現了這個接口,就可以被 JavaFileManager 識別。

如果要使用 JavaFileManager ,就必須構造 CompilationTask 。JDK 6 提供了 JavaCompiler.CompilationTask 類來封裝一個編譯操作。這個類可以通過:

              JavaCompiler.getTask (
              
Writer out,
JavaFileManager fileManager,
DiagnosticListener<? super JavaFileObject> diagnosticListener,
Iterable<String> options,
Iterable<String> classes,
Iterable<? extends JavaFileObject> compilationUnits
)

方法得到。關于每個參數的含義,請參見 JDK 文檔。傳遞不同的參數,會得到不同的 CompilationTask 。通過構造這個類,一個編譯過程可以被分成多步。進一步, CompilationTask 提供了 setProcessors(Iterable<? extends Processor>processors) 方法,用戶可以制定處理 annotation 的處理器。圖 1 展示了通過 CompilationTask 進行編譯的過程:


圖 1. 使用 CompilationTask 進行編譯

下面的例子通過構造 CompilationTask 分多步編譯一組 Java 源文件。


清單 2. 構造 CompilationTask 進行編譯
              01 package math;
              

02 public class Calculator {
03 public int multiply(int multiplicand, int multiplier) {
04 return multiplicand * multiplier;
05 }
06 }

07 package compile;
08 import javax.tools.*;
09 import java.io.FileOutputStream;
10 import java.util.Arrays;
11 public class Compiler {
12 public static void main(String[] args) throws Exception{
13 String fullQuanlifiedFileName = "math" + java.io.File.separator +"Calculator.java";
14 JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
15 StandardJavaFileManager fileManager =
compiler.getStandardFileManager(null, null, null);

16 Iterable<? extends JavaFileObject> files =
fileManager.getJavaFileObjectsFromStrings(
Arrays.asList(fullQuanlifiedFileName));
17 JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask(
null, fileManager, null, null, null, files);

18 Boolean result = task.call();
19 if( result == true ) {
20 System.out.println("Succeeded");
21 }
22 }
23 }

以上是第一步,通過構造一個 CompilationTask 編譯了一個 Java 文件。14-17 行實現了主要邏輯。第 14 行,首先取得一個編譯器對象。由于僅僅需要編譯普通文件,因此第 15 行中通過編譯器對象取得了一個標準文件管理器。16 行,將需要編譯的文件構造成了一個 Iterable 對象。最后將文件管理器和 Iterable 對象傳遞給 JavaCompiler getTask 方法,取得了 JavaCompiler.CompilationTask 對象。

接下來第二步,開發者希望生成 Calculator 的一個測試類,而不是手工編寫。使用 compiler API,可以將內存中的一段字符串,編譯成一個 CLASS 文件。


清單 3. 定制 JavaFileObject 對象
              01 package math;
              
02 import java.net.URI;
03 public class StringObject extends SimpleJavaFileObject{
04 private String contents = null;
05 public StringObject(String className, String contents) throws Exception{
06 super(new URI(className), Kind.SOURCE);
07 this.contents = contents;
08 }

09 public CharSequence getCharContent(boolean ignoreEncodingErrors)
throws IOException {
10 return contents;
11 }
12 }

SimpleJavaFileObject JavaFileObject 的子類,它提供了默認的實現。繼承 SimpleJavaObject 之后,只需要實現 getCharContent 方法。如 清單 3 中的 9-11 行所示。接下來,在內存中構造 Calculator 的測試類 CalculatorTest ,并將代表該類的字符串放置到 StringObject 中,傳遞給 JavaCompiler getTask 方法。 清單 4 展現了這些步驟。


清單 4. 編譯非文本形式的源文件
              01 package math;
              
02 import javax.tools.*;
03 import java.io.FileOutputStream;
04 import java.util.Arrays;
05 public class AdvancedCompiler {
06 public static void main(String[] args) throws Exception{

07 // Steps used to compile Calculator
08 // Steps used to compile StringObject

09 // construct CalculatorTest in memory
10 JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
11 StandardJavaFileManager fileManager =
compiler.getStandardFileManager(null, null, null);
12 JavaFileObject file = constructTestor();
13 Iterable<? extends JavaFileObject> files = Arrays.asList(file);
14 JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask (
null, fileManager, null, null, null, files);

15 Boolean result = task.call();
16 if( result == true ) {
17 System.out.println("Succeeded");
18 }
19 }

20 private static SimpleJavaFileObject constructTestor() {
21 StringBuilder contents = new StringBuilder(
"package math;" +
"class CalculatorTest {\n" +
" public void testMultiply() {\n" +
" Calculator c = new Calculator();\n" +
" System.out.println(c.multiply(2, 4));\n" +
" }\n" +
" public static void main(String[] args) {\n" +
" CalculatorTest ct = new CalculatorTest();\n" +
" ct.testMultiply();\n" +
" }\n" +
"}\n");
22 StringObject so = null;
23 try {
24 so = new StringObject("math.CalculatorTest", contents.toString());
25 } catch(Exception exception) {
26 exception.printStackTrace();
27 }
28 return so;
29 }
30 }

實現邏輯和 清單 2 相似。不同的是在 20-30 行,程序在內存中構造了 CalculatorTest 類,并且通過 StringObject 的構造函數,將內存中的字符串,轉換成了 JavaFileObject 對象。





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采集編譯器的診斷信息

第三個新增加的功能,是收集編譯過程中的診斷信息。診斷信息,通常指錯誤、警告或是編譯過程中的詳盡輸出。JDK 6 通過 Listener 機制,獲取這些信息。如果要注冊一個 DiagnosticListener ,必須使用 CompilationTask 來進行編譯,因為 Tool 的 run 方法沒有辦法注冊 Listener 。步驟很簡單,先構造一個 Listener ,然后傳遞給 JavaFileManager 的構造函數。 清單 5 清單 2 進行了改動,展示了如何注冊一個 DiagnosticListener


清單 5. 注冊一個 DiagnosticListener 收集編譯信息
              01 package math;
              

02 public class Calculator {
03 public int multiply(int multiplicand, int multiplier) {
04 return multiplicand * multiplier
// deliberately omit semicolon, ADiagnosticListener
// will take effect
05 }
06 }

07 package compile;
08 import javax.tools.*;
09 import java.io.FileOutputStream;
10 import java.util.Arrays;
11 public class CompilerWithListener {
12 public static void main(String[] args) throws Exception{
13 String fullQuanlifiedFileName = "math" +
java.io.File.separator +"Calculator.java";
14 JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
15 StandardJavaFileManager fileManager =
compiler.getStandardFileManager(null, null, null);

16 Iterable<? extends JavaFileObject> files =
fileManager.getJavaFileObjectsFromStrings(
Arrays.asList(fullQuanlifiedFileName));
17 DiagnosticCollector<JavaFileObject> collector =
new DiagnosticCollector<JavaFileObject>();
18 JavaCompiler.CompilationTask task =
compiler.getTask(null, fileManager, collector, null, null, files);

19 Boolean result = task.call();
20 List<Diagnostic<? extends JavaFileObject>> diagnostics =
collector.getDiagnostics();
21 for(Diagnostic<? extends JavaFileObject> d : diagnostics){
22 System.out.println("Line Number->" + d.getLineNumber());
23 System.out.println("Message->"+
d.getMessage(Locale.ENGLISH));
24 System.out.println("Source" + d.getCode());
25 System.out.println("\n");
26 }

27 if( result == true ) {
28 System.out.println("Succeeded");
29 }
30 }
31 }

在 17 行,構造了一個 DiagnosticCollector 對象,這個對象由 JDK 提供,它實現了 DiagnosticListener 接口。18 行將它注冊到 CompilationTask 中去。一個編譯過程可能有多個診斷信息。每一個診斷信息,被抽象為一個 Diagnostic 。20-26 行,將所有的診斷信息逐個輸出。編譯并運行 Compiler,得到以下輸出:


清單 6. DiagnosticCollector 收集的編譯信息
              Line Number->5
              
Message->math/Calculator.java:5: ';' expected
Source->compiler.err.expected

實際上,也可以由用戶自己定制。 清單 7 給出了一個定制的 Listener


清單 7. 自定義的 DiagnosticListener
              01 class ADiagnosticListener implements DiagnosticListener<JavaFileObject>{
              
02 public void report(Diagnostic<? extends JavaFileObject> diagnostic) {
03 System.out.println("Line Number->" + diagnostic.getLineNumber());
04 System.out.println("Message->"+ diagnostic.getMessage(Locale.ENGLISH));
05 System.out.println("Source" + diagnostic.getCode());
06 System.out.println("\n");
07 }
08 }





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總結

JDK 6 的編譯器新特性,使得開發者可以更自如的控制編譯的過程,這給了工具開發者更加靈活的自由度。通過 API 的調用完成編譯操作的特性,使得開發者可以更方便、高效地將編譯變為軟件系統運行時的服務。而編譯更廣泛形式的源代碼,則為整合更多的數據源及功能提供了強大的支持。相信隨著 JDK 的不斷完善,更多的工具將具有 API 支持,我們拭目以待。

Java SE 6 新特性: 編譯器 API


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