Java9新特性之HTTP2和REPL

悠悠 2022-06-08 11:14 191阅读 0赞

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)