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Java9新功能:HTTP2 & REPL篇

2015-08-17 08:16 韩陆 译


对Java 9的炒作将不再局限于模块化(modularity),Java 9正在搜罗大量额外的功能模块,这些功能模块正作为Java增强提案(JEP)提交,并在OpenJDK (Java SE的参考实现项目)中实现。


在这篇文章中,我们将重点关注一些或将在Java 9整个生命周期中,对开发者的工作生活影响最大的JEP,包括新的HTTP/2支持和JShell REPL(读取-求值-打印-循环),后者带来了基于shell的交互式Java开发环境和探索性开发API。


HTTP/2

HTTP/2标准是HTTP协议的最新版本。当前版本HTTP/1.1始于1999年,存在着非常严重的问题,包括:


对头阻塞


在HTTP/1.1中,响应接收的顺序和请求发送的顺序相同。这意味着,例如,当查看一个包含许多小图像的大HTML页面时,图像资源将不得不在HTML页面资源之后排队,在浏览器完全加载完HTML页面之前,图像资源无法被发送。这就是“对头阻塞”,会导致许多潜在的页面渲染问题。


在HTTP/2中,响应数据可以按块(chunk)传输,甚至可以交叉传输,因此真正实现了请求和响应的多路复用。


一个站点的连接数限制


在HTTP/1.1标准中有这样的描述:“一个单用户的客户端不能与任何服务器保持2个以上的连接”。这个限制和对头阻塞问题一起,严重限制了页面的性能。


HTTP/2打破这种限制并认为连接是持久的,只有当用户跳转后或者发生技术性故障事件时,连接才会关闭。对多路复用的使用将有助于降低页面性能瓶颈。


HTTP控制头的开销


当前的HTTP版本使用简单的、基于文本的HTTP头信息来控制通信。这样做的优点是非常简单且易于理解,调试也很简单,只需通过连接指定端口并输入一些文本。然而,使用基于文本的协议会让小的响应包不成比例地膨胀。此外,大量的HTTP响应几乎没有或者根本没有有效负载(比如,HEAD请求只是要确定资源是否发生变化)。为实际上只包含最后修改时间的响应,使用完全基于文本的头信息(大约有700个字节,在HTTP1.1中,它们不能被压缩,尽管很容易做到)是当前HTTP标准中,不可思议的浪费。


另一个思路是对HTTP头信息使用二进制编码。这种方式能够极大地提高较小请求的速度且占用的网络带宽非常小。这正是HTTP/2已经选择的方法,虽然以协议精神制定标准应该选择基于文本的协议,但是二进制的效率有令人信服的理由,让我们这样做。


HTTP/2带来的期望

HTTP/2标准是由IETF HTTP工作组创建的,该组织由来自Mozilla、Google、 Microsoft、Apple,以及其他公司的代表和工程师组成,由来自CDN领军公司Akamai的高级工程师Mark Nottingham任主席。因此,HTTP/2是一个为优化大型、高流量的网站而生的版本,它在实现简单、易于调试的基础上,确保了性能和网络带宽消耗。


该组织主席总结了一些HTTP/2的关键属性:


相同的HTTP API

成本更低的请求

网络和服务器端友好

缓存推送

思维革命

更多加密方式


带给JAVA的意义

自从1.0版本开始,Java就支持HTTP,但是多数代码出自完全不同的时代。例如,Java对HTTP的支持是围绕相对协议无关的框架(URL类)设计的,因此在网站成为主导地位的90年代,这种实现显得很不清晰。


Java对HTTP的支持是基于当时最好的设计思想,但是时过境迁,最重要的是Java对HTTP原始的支持出来时,HTTPS还没有出现。因此,Java的API将HTTPS作为一种移花接木,导致了不能简化的复杂性。


在现代社会,HTTPS开始变得无所不在,让HTTP日渐成为落后的技术。甚至,美国政府现在都通过了完全迁到HTTPS-only的计划。


JDK内核对HTTP的支持已经无法跟上现实网络的发展步伐。实际上,甚至JDK8也只不过是交付了一个支持HTTP/1.0的客户端,然而,大多数的开发者早已转而使用第三方客户端库了,比如Apache的HttpComponents。


所有这一切意味着,对HTTP/2的支持将是Java未来十年的核心功能。这也让我们重新审视我们的固有思维,重新写一套API并提供重新来过的机会。HTTP/2将是未来数年内,每位开发者主要面对的API。


新的API不再坚持协议中立性,使开发者可以完全抛弃过去的使用方式。这套API只关注HTTP协议,但是要进一步理解的是HTTP/2并没有从根本上改变原有的语义。因此,这套API是HTTP协议独立的,同时提供了对新协议中帧和连接处理的支持。


在新的API中,一个简单的HTTP请求,可以这样创建和处理:

HttpResponse response = HttpRequest 
.create(new URI("http://www.infoq.com")) .body(noBody()) .GET().send(); int responseCode = response.responseCode(); String responseBody = response.body(asString()); System.out.println(responseBody);

这种符合流畅风格/建造者模式(fluent/builder)的API,与现存的遗留系统相比,对开发者来说,更具现代感和舒适感。


虽然当前的代码库只支持HTTP/1.1,但是已经包含了新的API。这使得在对HTTP/2支持完成对过程中,开发者可以实验性地使用和验证新的API。


相关代码已经进入OpenJDK沙箱仓库中,并很快登陆JDK 9的主干。到那个时候,新的API将开始自动构建到Oracle的二进制beta版本中。现在,对HTTP/2的支持已经可用,并将在未来数月内最终完成。


在此期间,你可以使用Mercurial迁出源代码,并根据AdoptOpenJDK构建指导编译你迁出地代码,这样你就可以实验性地使用新的API了。


第一批完成的功能之一是当前版本力不能及的异步API。这个功能让长期运行的请求,可以通过sendAsync()方法,切换到VM管理的后台线程中:

HttpRequest req = HttpRequest 
.create(new URI
("http://www.infoq.com")).body(noBody()).GET();CompletableFuture<HttpResponse>
aResp = req.sendAsync();
Thread.sleep(10); if (!aResp.isDone()) { aResp.cancel(true); System.out.println
("Failed to reply quickly..."); return;} HttpResponse response = aResp.get();

相比HTTP/1.1的实现,新的API带给开发者最多的是方便性,因为HTTP/1.1没有提供对已经发送到服务器端的请求的取消机制,而HTTP/2可以让客户端向已经被服务器端处理的请求,发送取消命令。


JShell

很多语言都为探索性开发提供了交互式环境。在某些情况下(特别是Clojure和其他Lisp方言),交互式环境占据了开发者的大部分编码时间,甚至是全部。其他语言,比如Scala或者JRuby也广泛使用REPL。


当然,此前Java曾经推出过Beanshell脚本语言,但是它没有实现完全标准化,而且近年来,该项目已经处于不活跃状态。在Java 8(以及jjs REPL)中引入的Nashorn Javascript实现打开了更广泛地考虑REPL并将交互式开发成为可能的大门。


一项努力将现代REPL引入Java 9的工作,以JEP 222作为开始,收录在OpenJDK的Kulla项目中。Kulla这个名字来自古巴比伦神话,是建造之神。该项目的主旨是提供最近距离的“完整Java”体验。该项目没有引入新的非Java语义,并禁用了Java语言中对交互式开发没有用处的语义(比如上层的访问控制修改或同步的语义)。


与所有REPL一样,JShell提供了命令行,而不是类似IDE的体验。语句和表达式能够在执行状态上下文中,被立即求值,而不是非得打包到类中。方法也是自由浮动的,而不必属于某个特定的类。相反,JShell使用代码片断“snippets”来提供上层执行环境。


与HTTP/2 API相似,JShell已经在独立的项目开发,以免在快速发展的时期影响主干构建的稳定性。JShell预计在2015年8月期间合并到主干。


现在,开发者可以参考AdoptOpenJDK说明指导,从头构建Kulla(源代码可以从Mercurial地址获得)。


对于一些上手实验,最简单的可能是使用一个独立的试验jar。这些jar包是社区专为不想从头构建的开发者构建好的。


这些试验jar包可以从AdoptOpenJDK CloudBees的CI构建实例中获得。


要使用它们,你需要安装Java 9 beta版(或者OpenJDK 9的构建版本)。然后下载jar文件,重命名为kulla.jar,然后在命令行输入如下:

$ java -jar kulla.jar| 
Welcome to JShell -- Version 0.610|
Type /help for help->


这是REPL的标准界面,和往常一样,命令是从单个字符开始并最终发出的。


JShell有一个相当完整(但仍在发展)的帮助语法,可以通过如下命令轻松获得:

-> /help Type a Java language expression, 
statement, or declaration.
Or type one of the following commands:
/l or /list [all]
-- list the source you have typed
/seteditor <executable>
-- set the external editor command
to use/e or /edit <name or id>
-- edit a source entry referenced
by name or id/d or /drop <name or id>
-- delete a source entry referenced
by name or id/s or /save [all|history] <file>
-- save the source you have
typed/o or /open <file>
-- open a file as source input/v or /vars
-- list the declared variables
and their values/m or /methods
-- list the declared methods
and their signatures/c or /classes
-- list the declared classes/x or /exit
-- exit the REPL/r or /reset
-- reset everything in the REPL/f
or /feedback <level>
-- feedback information: off, concise,
normal, verbose, default,
or ?/p or /prompt
-- toggle display of a prompt/cp
or /classpath <path>
-- add a path to the classpath/h
or /history
-- history of what you have typed
/setstart <file>
-- read file and set as the new
start-up definitions
/savestart <file>
-- save the default start-up
definitions to the file/? or /help
-- this help message /!
-- re-run last snippet /<n>
-- re-run n-th snippet /-<n>
-- re-run n-th previous snippet Supported shortcuts include: -- show possible completions
for the current text Shift- -- for current method or
constructor invocation,
show a synopsis of the method/constructor

JShell支持TAB键自动补全, 因此我们可以很容易找到println()或者其他我们想使用的方法:

-> System.out.print print( 
printf(
println(

传统的表达式求值也很容易,但是相比其他动态类型语言,Java的静态类型特征会更严格一点。JShell会自动创建临时变量来保存表达式的值,并确保它们保持在上下文域内供以后使用:

-> 3 * (4 + 5)| Expression value is: 27| 
assigned to temporary variable $1
of type int-> System.out.println($1);27


我们还可以使用/list命令,查看到目前为止输入的所有源代码:

-> /list 9 : 3 * (4 + 5) 10 : System.out.println($1);


使用/vars命令显示所有的变量(包括显式定义的和临时的),以及他们当前持有的值:

-> String s = "Dydh da"| 
Added variable s of type String
with initial value "Dydh da"-> /vars|
int $1 = 27| String s = "Dydh da"


除了支持简单的代码行,REPL还允许非常简单地创建类和其它用户定义的类型。例如,可以用如下短短一行来创建类(请注意,开始和结束括号是必需的):

-> class Pet {}| Added class Pet-> 
class Cat extends Pet {}|
Added class Cat


JShell代码非常简洁、自由浮动的性质意味着我们可以非常简单地使用REPL来演示Java语言的功能。例如,让我们来看看著名的类型问题,即Java数组的协变问题:

-> Pet[] pets = new Pet[1]| 
Added variable pets of type Pet[]
with initial value [LPet;@2be94b0f->
Cat[] cats = new Cat[1]|
Added variable cats of type Cat[]
with initial value [LCat;@3ac42916->
pets = cats
| Variable pets has been assigned the value [LCat;
@3ac42916-> pets[0] = new Pet()|
java.lang.ArrayStoreException thrown:
REPL.$REPL13$Pet|
at (#20:1)


这样的功能使JShell成为一种伟大的教学或研究工具,而且最接近Scala REPL的体验。使用/classpath切换,可以加载额外的jar包,从而可以在REPL直接使用互动式探索性API。


参与

主要的IDE已开始提供支持JDK 9早期版本的构建——包括Netbeans和Eclipse Mars。IntelliJ 14.1据称支持JDK9,但目前还不清楚对新的模块化JDK扩展的支持力度。


到目前为止,这些IDE还不支持HTTP/2和JShell,因为这些功能还没有登陆OpenJDK的主干,但是开发者应该很期望它们能够早日出现在标准的JDK beta版本中,并且有IDE插件可以紧随其后。这些API仍在开发中,项目的领导者正在积极寻求最终用户的使用和参与。


The JDK 9 Outreach programme is also underway to encourage developers to test their code and applications on JDK 9 before it arrives. HTTP/2 & JShell aren't the only new features being worked on - other new JDK 9 functionality under development as JEPs includes


JDK 9的宣传计划也正在鼓励开发者测试他们的代码并在JDK 9上运行应用程序。正在开发的新功能不止包括HTTP/2和JShell—— 其他作为JEP,JDK 9正在开发的新功能还包括:


102 Process API的更新(Process API Updates);

165 编译器控制(Compiler Control);

227 Unicode 7.0;

245 验证虚拟机代码行标记参数(Validate JVM Command-Line Flag Arguments);

248: G1作为默认的垃圾回收器(Make G1 the Default Garbage Collector);

TLS的一系列更新(TLS Updates) (JEP 219, 244, 249)。


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