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Java11 中基于嵌套关系的访问控制优化问题

2024-04-02 19:04:59 814人浏览八月长安

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摘要

目录Java11 之前的实现方式技术债务Java11 中的实现Nestmate 新增的 apigetNestHostgetNestMembersisNestmateOf后续的改进你

public class Outer {
    private int i;
    public void print1() {
        print11();
        print12();
    }
    private void print11() {
        System.out.println(i);
    }
    private void print12() {
        System.out.println(i);
    }
    public void callInnerMethod() {
        final Inner inner = new Inner();
        inner.print4();
        inner.print5();
        System.out.println(inner.j);
    }
    public class Inner {
        private int j;
        public void print3() {
            System.out.println(i);
            print1();
        }
        public void print4() {
            System.out.println(i);
            print11();
            print12();
        }
        private void print5() {
            System.out.println(i);
            print11();
            print12();
        }
    }
}

上例中，Outer类中的字段i、方法print11和print12都是私有的，但是可以在Inner类中直接访问，Inner类的字段j、方法print5是私有的，也可以在Outer类中使用。这种设计是为了更好的封装，在用户看来，这几个彼此嵌套的类/接口是一体的，分开定义是为了更好的封装自己，隔离不同特性，但是有因为彼此是一体，所以私有元素也应该是共有的。

Java11 之前的实现方式

我们使用 Java8 编译，然后借助javap -c命令分别查看Outer和Inner的结果。

$ javap -c Outer.class      
Compiled from "Outer.java"
public class cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer {
  public cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #4                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return
  public void print1();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #2                  // Method print11:()V
       4: aload_0
       5: invokespecial #1                  // Method print12:()V
       8: return
  public void callInnerMethod();
    Code:
       0: new           #7                  // class cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner
       3: dup
       4: aload_0
       5: invokespecial #8                  // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner."<init>":(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;)V
       8: astore_1
       9: aload_1
      10: invokevirtual #9                  // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner.print4:()V
      13: aload_1
      14: invokestatic  #10                 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner.access$000:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner;)V
      17: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      20: aload_1
      21: invokestatic  #11                 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner.access$100:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer$Inner;)I
      24: invokevirtual #6                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      27: return
  static int access$200(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer);
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #3                  // Field i:I
       4: ireturn
  static void access$300(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer);
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #2                  // Method print11:()V
       4: return
  static void access$400(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer);
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method print12:()V
       4: return
}

再来看看Inner的编译结果，这里需要注意的是，内部类会使用特殊的命名方式定义Inner类，最终会将编译结果存储在两个文件中：

$ javap -c Outer\$Inner.class
Compiled from "Outer.java"
public class cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner {
  final cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer this$0;
  public cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer);
    Code:
       0: aload_0
       1: aload_1
       2: putfield      #3                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;
       5: aload_0
       6: invokespecial #4                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       9: return
  public void print3();
    Code:
       0: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: aload_0
       4: getfield      #3                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;
       7: invokestatic  #6                  // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer.access$200:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;)I
      10: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      13: aload_0
      14: getfield      #3                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;
      17: invokevirtual #8                  // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer.print1:()V
      20: return
  public void print4();
    Code:
       0: getstatic     #5                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: aload_0
       4: getfield      #3                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;
       7: invokestatic  #6                  // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer.access$200:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;)I
      10: invokevirtual #7                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      13: aload_0
      14: getfield      #3                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;
      17: invokestatic  #9                  // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer.access$300:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;)V
      20: aload_0
      21: getfield      #3                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;
      24: invokestatic  #10                 // Method cn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer.access$400:(Lcn/howardliu/tutorials/java8/nest/Outer;)V
      27: return
  static void access$000(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner);
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #2                  // Method print5:()V
       4: return
  static int access$100(cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner);
    Code:
       0: aload_0
       1: getfield      #1                  // Field j:I
       4: ireturn
}

我们可以看到，Outer和Inner中多出了几个方法，方法名格式是access$*00。

Outer中的access$200方法返回了属性i，access$300和access$400分别调用了print11和print12方法。这些新增的方法都是静态方法，作用域是默认作用域，即包内可用。这些方法最终被Inner类中的print3和print4调用，相当于间接调用Outer中的私有属性或方法。

我们称这些生成的方法为“桥”方法（Bridge Method），是一种实现嵌套关系内部互相访问的方式。

在编译的时候，Java 为了保持类的单一特性，会将嵌套类编译到多个 class 文件中，同时为了保证嵌套类能够彼此访问，自动创建了调用私有方法的“桥”方法，这样，在保持原有定义不变的情况下，又实现了嵌套语法。

技术债务

“桥”方法的实现是比较巧妙的，但是这会造成源码与编译结果访问控制权限不一致，比如，我们可以在Inner中调用Outer中的私有方法，按照道理来说，我们可以在Inner中通过反射调用Outer的方法，但实际上不行，会抛出IllegalAccessException异常。我们验证一下：

public class Outer {
    // 省略其他方法
    public void callInnerReflectionMethod()
            throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException {
        final Inner inner = new Inner();
        inner.callOuterPrivateMethod(this);
    }

    public class Inner {
        // 省略其他方法
        public void callOuterPrivateMethod(Outer outer)
                throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException {
            final Method method = outer.getClass().getDeclaredMethod("print12");
            method.invoke(outer);
        }
    }
}

定义测试用例：

@Test
void GotAnExceptionInJava8() {
    final Outer outer = new Outer();

    final Exception e = assertThrows(IllegalAccessException.class, outer::callInnerReflectionMethod);
    e.printStackTrace();

    assertDoesNotThrow(outer::callInnerMethod);
}

打印的异常信息是：

java.lang.IllegalAccessException: class cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner cannot access a member of class cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer with modifiers "private"
   at java.base/jdk.internal.reflect.Reflection.newIllegalAccessException(Reflection.java:361)
   at java.base/java.lang.reflect.AccessibleObject.checkAccess(AccessibleObject.java:591)
   at java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:558)
   at cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer$Inner.callOuterPrivateMethod(Outer.java:62)
   at cn.howardliu.tutorials.java8.nest.Outer.callInnerReflectionMethod(Outer.java:36)

通过反射直接调用私有方法会失败，但是可以直接的或者通过反射访问这些“桥”方法，这样就比较奇怪了。所以提出 JEP181 改进，修复这个技术债务的同时，为后续的改进铺路。

Java11 中的实现

我们再来看看 Java11 编译之后的结果：

$ javap -c Outer.class      
Compiled from "Outer.java"
public class cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer {
  public cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public void print1();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokevirtual #2                  // Method print11:()V
       4: aload_0
       5: invokevirtual #3                  // Method print12:()V
       8: return

  public void callInnerMethod();
    Code:
       0: new           #7                  // class cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer$Inner
       3: dup
       4: aload_0
       5: invokespecial #8                  // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer$Inner."<init>":(Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer;)V
       8: astore_1
       9: aload_1
      10: invokevirtual #9                  // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer$Inner.print4:()V
      13: aload_1
      14: invokevirtual #10                 // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer$Inner.print5:()V
      17: getstatic     #4                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      20: aload_1
      21: getfield      #11                 // Field cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer$Inner.j:I
      24: invokevirtual #6                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      27: return
}

是不是很干净，与Outer类的源码结构是一致的。我们再看看Inner有没有什么变化：

$ javap -c Outer\$Inner.class
Compiled from "Outer.java"
public class cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer$Inner {
  final cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer this$0;

  public cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer$Inner(cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer);
    Code:
       0: aload_0
       1: aload_1
       2: putfield      #1                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer;
       5: aload_0
       6: invokespecial #2                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       9: return

  public void print3();
    Code:
       0: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: aload_0
       4: getfield      #1                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer;
       7: getfield      #4                  // Field cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer.i:I
      10: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      13: aload_0
      14: getfield      #1                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer;
      17: invokevirtual #6                  // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer.print1:()V
      20: return

  public void print4();
    Code:
       0: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: aload_0
       4: getfield      #1                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer;
       7: getfield      #4                  // Field cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer.i:I
      10: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      13: aload_0
      14: getfield      #1                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer;
      17: invokevirtual #7                  // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer.print11:()V
      20: aload_0
      21: getfield      #1                  // Field this$0:Lcn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer;
      24: invokevirtual #8                  // Method cn/howardliu/tutorials/java11/nest/Outer.print12:()V
      27: return
}

同样干净。

我们在通过测试用例验证一下反射调用：

@Test
void doesNotGotAnExceptionInJava11() {
    final Outer outer = new Outer();

    assertDoesNotThrow(outer::callInnerReflectionMethod);
    assertDoesNotThrow(outer::callInnerMethod);
}

结果是正常运行。

这就是 JEP181 期望的结果，源码和编译结果一致，访问控制一致。

Nestmate 新增的 API

在 Java11 中还新增了几个 API，用于嵌套关系的验证：

getNestHost

这个方法是返回嵌套主机（NestHost），转成普通话就是找到嵌套类的外层类。对于非嵌套类，直接返回自身（其实也算是返回外层类）。

我们看下用法：

@Test
void checkNestHostName() {
    final String outerNestHostName = Outer.class.getNestHost().getName();
    assertEquals("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer", outerNestHostName);
    final String innerNestHostName = Inner.class.getNestHost().getName();
    assertEquals("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer", innerNestHostName);
    assertEquals(outerNestHostName, innerNestHostName);
    final String notNestClass = NotNestClass.class.getNestHost().getName();
    assertEquals("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.NotNestClass", notNestClass);
}

对于Outer和Inner都是返回了cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer。

getNestMembers

这个方法是返回嵌套类的嵌套成员数组，下标是 0 的元素确定是 NestHost 对应的类，其他元素顺序没有给出排序规则。我们看下使用：

@Test
void getNestMembers() {
    final List<String> outerNestMembers = Arrays.stream(Outer.class.getNestMembers())
            .map(Class::getName)
            .collect(Collectors.toList());
    assertEquals(2, outerNestMembers.size());
    assertTrue(outerNestMembers.contains("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer"));
    assertTrue(outerNestMembers.contains("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer$Inner"));
    final List<String> innerNestMembers = Arrays.stream(Inner.class.getNestMembers())
            .map(Class::getName)
            .collect(Collectors.toList());
    assertEquals(2, innerNestMembers.size());
    assertTrue(innerNestMembers.contains("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer"));
    assertTrue(innerNestMembers.contains("cn.howardliu.tutorials.java11.nest.Outer$Inner"));
}

isNestmateOf

这个方法是用于判断两个类是否是彼此的 NestMate，彼此形成嵌套关系。判断依据还是嵌套主机，只要相同，两个就是 NestMate。我们看下使用：

@Test
void checkIsNestmateOf() {
    assertTrue(Inner.class.isNestmateOf(Outer.class));
    assertTrue(Outer.class.isNestmateOf(Inner.class));
}

后续的改进

嵌套关系是作为 Valhalla 项目的一部分，这个项目的主要目标之一是改进 JAVA 中的值类型和泛型。后续会有更多的改进：

在泛型特化（generic specialization）中，每个特化类型（specialized type）可被创建为泛型的一个 Nestmate。
支持对Unsafe.defineAnonymousClass() API 的安全替换，实现将新类创建为已有类的 Nestmate。
可能会影响“密封类”（sealed classes），仅允许 Nestmate 的子类作为密封类。
可能会影响私有嵌套类型。私有嵌套类型当前定义为包内可访问（package-access）。

到此这篇关于Java11 中基于嵌套关系的访问控制优化的文章就介绍到这了,更多相关Java访问控制优化内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！

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--结束END--

本文标题: Java11 中基于嵌套关系的访问控制优化问题

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今天在工作中写项目的时候，遇到了一个让我感到几乎无解的问题，在转换了思路后，想出了一个折中的解决方案，记录如下。其实，问题的场景，非常简单：就是需要查询出上图的数据，红框是从项目产品表中查询的2个字段，绿框是从...

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2022-12-26

MySQL嵌套子查询 MySQL嵌套子查询无法关联主表字段
基于Spring Security前后端分离的权限控制系统问题

目录1. 引入maven依赖2. 建表并生成相应的实体类3. 自定义UserDetails4. 自定义各种Handler5. Token处理6. 访问控制7. 配置WebSecuri...

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2024-04-02
Memcached缓存技术对于PHP中的文件系统访问的优化

Memcached是一种基于内存的高速缓存系统，常被用于加速网站及应用程序的访问速度。在PHP中，文件系统访问是一个常见的IO操作，而通过使用Memcached缓存技术，可以显著优化这一操作，提升应用程序的性能。一、什么是Memcached...

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2023-05-19

memcached 缓存技术 PHP 文件系统访问
关于vue中的时间格式转化问题

目录vue时间格式转化问题1. 效果图2. 需求：前台展示一律用的时间规格vue转换时间格式(适用于uni-app)1. 前端获取实时时间2. 运用过滤...

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2024-04-02
Spring Security基于注解的接口角色访问控制怎么实现

本文小编为大家详细介绍“Spring Security基于注解的接口角色访问控制怎么实现”，内容详细，步骤清晰，细节处理妥当，希望这篇“Spring Security基于注解的接口角色访问控制怎么实现”文章能帮助大家解决疑惑，下面跟着小编的...

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2023-06-16
Linux系统中的SELinux访问控制功能有哪些

这篇文章主要介绍“Linux系统中的SELinux访问控制功能有哪些”，在日常操作中，相信很多人在Linux系统中的SELinux访问控制功能有哪些问题上存在疑惑，小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”Linux系统...

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2023-06-12
关于k8s 使用 Service 控制器对外暴露服务的问题

目录部署 deploy部署 service查看 service 和 pod 的关系查看 service查看端口导出 yaml筛选 service 关联 pod扩容测试Service ...

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2024-04-02
如何使用CentOS系统中的访问控制列表（ACL）来限制文件和目录的访问权限

使用CentOS系统中的访问控制列表（ACL）来限制文件和目录的访问权限，可以按照以下步骤进行操作：1. 检查文件系统是否支持ACL...

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2023-10-10

CentOS
基于Node-red的在线评语系统(可视化编程,公网访问)

目录Node-red简介与安装什么是Node-red安装Node-red安装Dashboard编写评语文案界面配色网站按钮结果显示显示图片内嵌图片编码函数节点编写Global全局传递...

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2024-04-02
解决MongoDB技术开发中遇到的数据访问控制问题的方法研究

解决MongoDB技术开发中遇到的数据访问控制问题的方法研究摘要：近年来，随着互联网的发展，用户对数据安全性和隐私保护的要求越来越高。数据库作为存储和管理数据的核心组件，其数据访问控制问题显得尤为重要。MongoDB作为一种NoSQL数据库...

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2023-10-22

MongoDB 技术开发数据访问控制
Spring Security实现基于RBAC的权限表达式动态访问控制的操作方法

目录资源权限表达式Spring Security中的实现MethodSecurityExpressionHandler思路以及实现配置和使用昨天有个粉丝加了我，问我如何实现类似shi...

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2024-04-02
PHP中Memcache缓存技术对于数据库访问的优化方式

随着互联网技术的不断发展，网站的访问量越来越大，同时访问数据库的次数也越来越频繁。这对于数据库的性能带来了极大的挑战。怎样提高数据库的访问效率和性能，成为了许多开发人员所关心的问题。在这种情况下，使用缓存技术已经成为了提高Web应用程序性能...

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2023-05-15

PHP Memcache缓存技术数据库访问优化