Wybrane elementy języka Java Paweł Zdziarski

Wyjątki Reflection Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

Wyjątki Obsługa błędów semantycznych (runtime) w sposób efektywniejszy niż zwracanie kodu błędu metody Podnoszenie wyjątku Wywołanie metody podnoszącej wyjątek (throws) Explicite: klauzulą throw

Obsługa wyjątków Wyjątki są zgodnie z definicją języka precise – zoptymalizowana implementacja może wykonać część instrukcji naprzód, ale w przypadku zgłoszenia wyjątku musi zadbać o to, żeby w widocznym stanie wykonania (user-visible state) wyliczone były dokładnie te wyrażenia, które wystąpiły przed wyrażeniem podnoszącym wyjątek Znajdowana jest klauzula catch bloku try-catch dynamicznie zawierającego generujące wyjątek wyrażenie

Obsługa wyjątków Jaki będzie rezultat wykonania try{ try { throw new Exception1(); } catch(Exception1 e){ System.out.println("Wewnetrzny catch: ” +e.toString()); throw new Exception2(); } finally {throw new Exception3();} }catch (Exception e) {System.out.println("Zewnetrzny catch: ” +e.toString());} Blok try-catch-finally ma jeden atrybut – propagowany dalej wyjątek. Zgodnie z definicją języka, wewnętrzny blok w tym przykładzie będzie propagował wyjątek klasy Exception3, a więc Wewnetrzny catch: mypackage18.Application1$Exception1 Zewnetrzny catch: mypackage18.Application1$Exception3

Przyczyny powstania wyjątku Błąd wykonania JVM – wyjątek zgłaszany synchronicznie Operacja niezgodna z semantyką języka (np. java.lang.ArithmeticException ) Błąd ładowania/linkowania programu ( NoClassDefFound ) Brak zasobu ( OutOfMemoryError, NoRouteToHostException ) Jawne użycie klauzuli throw Wyjątek podnoszony asynchronicznie Może wystąpić potencjalnie w dowolnym punkcie wykonania bieżącego wątku Inny wątek wywołuje stop() Wewnętrzny błąd JVM ( VirtualMachineError )

Hierarchia wyjątków checked (podklasy Exception nie będące RuntimeException) – muszą być wyspecyfikowane w klauzuli throws metody lub konstruktora; kompilator wymusza implementowanie obsługi takich wyjątków Unchecked – kompilator nie wymusza na programiście obsługi (ani deklaracji throws) RuntimeException (np. ArithmeticException, NullPointerException) - kompilator nie ma możliwości posłużenia się zaawansowanymi technikami dowodzenia poprawności programów i nie może przez to stwierdzić, czy dany ciąg instrukcji może wygenerować taki wyjątek lub nie Error (np. OutOfMemoryError extends VirtualMachineError) – mamy do czynienia z „nienormalnym” (abnormal) stanem JVM

Error jest osobną, dziedziczącą po Throwable klasą – dzięki temu wszystkie wyjątki, które da się jakoś obsłużyć, można „potraktować” konstrukcją catch (Exception e)

Reflection Wyjątki Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

Pakiet java.lang.reflect Dostęp do obiektów reprezentujących konstrukcje samego języka Obiekt Class (pakiet java.lang) reprezentuje załadowaną postać binarną klasy; użycie: public static Class forName(String className) throws ClassNotFoundException Method reprezentuje metodę klasy lub interfejsu Class c = Class.forName(nazwaKlasy); Method m[] = c.getDeclaredMethods(); for (int i = 0; i < m.length; i++) System.out.println(m[i].toString()); Analogiczne użycie obiektów klas Field, Constructor Interfejs Member implementowany przez Field, Constructor, Class i Method; udostępnia metodę getModifiers()

Tworzenie i zarządzanie obiektami Wyjątki Reflection Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

Konstruktory W kodzie konstruktora pierwsza instrukcja może, opcjonalnie, być explicite wywołaniem konstruktora. Wpp domyślnie super() jest pierwszą instrukcją kodu konstruktora Explicite wywołania konstruktora this(<lista_argumentow>) super(<lista_argumentow>) <wyrazenie>.super()

Wyrazenie.super() Tzw. kwalifikowane wywołanie konstruktora nadklasy. Przykład ze specyfikacji języka: class Outer { class Inner{ } } class ChildOfInner extends Outer.Inner { ChildOfInner() { (new Outer()).super(); } }

Jak wykonywana jest konstrukcja wyrazenie.super() ? Rozważamy konstrukcję class O { class S {} } class C extends O.S { C() { wyrazenie.super(argumenty); ciag_pozostalych_instrukcji_konstruktora } wyrazenie jest wyliczane. Jeśli jego wartością jest null, wywołanie konstruktora nadklasy kończy się wyjątkiem NullPointerException Niech O będzie klasą bezpośrednią otaczającą statycznie (leksykalnie) klasę (C), w której konstruktorze wystąpiła konstrukcja wyrazenie.super Jeśli wartością wyrazenia nie jest obiekt klasy O ani podklasy klasy O, generowany jest błąd kompilatora Wyrażenia argumenty są wyliczane, od lewej do prawej Konstruktor jest wywoływany

Garbage Collector i finalize() Wyjątki Reflection Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

GC i finalization Środowisko uruchomieniowe Javy utrzymuje tablicę referencji do obiektów. Referencja jest usuwana, gdy obiekt przestaje być widoczny Jawne przypisanie null do zmiennej Gdy nie ma więcej referencji do obiektu, Finalization: użycie System.runFinalization() wywoła finalize() dla wszystkich obiektów czekających na postprzątanie Garbage collection: użycie System.gc() jawnie uruchamia GC

Osiągalność referencji Wyznaczanie zbioru referencji nieosiągalnych (unreachable) dla żadnego z wątków programu Jeśli wszystkie referencje do obiektu pochodzą z obiektów nieosiągalnych, sam obiekt jest nieosiągalny Uwaga: dodatkowe warunki jeśli używamy JNI

finalization finalize() zaimplementowana w Object (jako pusta metoda), programista może ją przesłonić public class ProcessFile { protected void finalize() throws Throwable { try { file.close(); } finally { super.finalize(); }} (ciekawostka) w J2ME: brak metod związanych z garbage collection; jawne przypisanie null może zasugerować GC możliwość posprzątania obiektu „Reference Objects and Garbage Collection”, artykuł na stronie http://developer.java.sun.com/developer/technicalArticles/ALT/RefObj/

Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Wyjątki Reflection Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

interface Action<E extends Exception> { void run() throws E; } class AccessController { public static <E extends Exception> void exec(Action<E> action) throws E { action.run(); public class Main { public static void main(String[] args) { try { AccessController.exec ( new Action<FileNotFoundException>() { public void run() throws FileNotFoundException { someFile.delete(); } } // new Action ... ); // AccessController.exec() }// koniec bloku try catch (FileNotFoundException e) { } } // koniec metody main() } // koniec class Main

Typy sparametryzowane i JVM Programy używające generics są tłumaczone do bytecode’u Javy, wykonywanego przez JVM Proces nazywany erasure polega na mapowaniu typów generycznych do typów niesparametryzowanych Niech |T| oznacza erasure typu T, zachodzą wtedy m.in. |T <T1,...,Tn>| = |T| |T[]| = |T|[] Dokładny opis mechanizmu erasure, tłumaczenia metod i wyrażeń w „Adding Generics to the Java Programming Language: Participant Draft Specification”, dostępnym np. ze strony java.sun.com

Typy sparametryzowane i tablice Bez generics tablice mają następującą własność: Tablica referencji nadtypu jest nadtypem tablicy referencji podtypu Wynika stąd np. to, że Object[] jest nadtypem String[] Możemy dzięki temu m.in. napisać Object[] objArr = new String[10]; Brak analogicznej własności w przypadku typów sparametryzowanych LinkedList<Object> objList = new LinkedList<String>(); daje błąd kompilacji

Dynamiczna informacja o typie i array store check Tablice w Javie zawsze posiadają dynamiczną informację o typie przechowywanych w nich obiektów W czasie wykonywania operacji na tablicach wykonywany jest tzw. array store check, który może spowodować zgłoszenie ArrayStoreException Object objArr = new String[10]; objArr[0] = new Object(); kompiluje się, ale w czasie wykonania zgłaszą wyjątek Programista może zakładać, że tablica zawiera elementy tego samego typu (albo podtypów tego typu) Store check nie jest w ogóle wykonywany w przypadku kolekcji typów sparametryzowanych, bo poniższy kod LinkedList<Object> objList = new LinkedList<String>(); w ogóle się nie skompiluje

Typy sparametryzowane i tablice Tablice typów sparametryzowanych nie są dopuszczalne ze względów bezpieczeństwa class Box<T> { final T x; Box(T x) { this.x = x;} } Box<String>[] niebezpiecznaTablica = new Box<String>[3]; Object[] tablicaObiektow = niebezpiecznaTablica; tablicaObiektow[0] = new Box<Integer>(3); /* błąd nie znajdowany przez tzw. array store check */ String s = niebezpiecznaTablica[0].x; // BOOM!

Typy sparametryzowane i rzutowanie Kompilator „nie zna” typu sparametryzowanego przed uruchomieniem programu zadanie utrzymania poprawności rzutowań do typu parametrycznego należy do programisty static Integer foo() { Double d = new Double(1.0); return (Integer) d; } Powyższy kod nie kompiluje się z błędem inconvertible types (znaleziono Double, oczekiwano Integer)

Typy sparametryzowane i rzutowanie public class BadCast { static <T> T foo() { Double d = new Double( 1.0 ); return ( T ) d; } public static void main( String[] args ) { System.out.println( BadCast.<Integer>foo() ); } } Powyższy program nie generuje ostrzeżeń kompilatora i wykonuje się dając... 1.0 !!! Dla przypomnienia class Number extends Object class Integer extends Number class Double extends Number Kompilator „zauważyłby” błąd przy rzutowaniu, jeśli w kodzie funkcji foo() napisalibyśmy po prostu return d; Kompilator nie generuje błędu, jeśli napiszemy return (T) d; Za to proba przypisania Integer i = BadCast.<Integer>foo(); daje błąd!

Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Wyjątki Reflection Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

Covariant return types Do wersji 1.4 języka przesłaniająca implementowaną w nadklasie metoda podklasy musiała mieć identyczną sygnaturę – w szczególności, zwracany typ Poniższy kod nie kompiluje się w JRE 1.4.1_02 class Fruit implements Cloneable { Fruit copy() throws CloneNotSupportedException { return (Fruit) clone(); }} class Apple extends Fruit implements Cloneable { Apple copy() throws CloneNotSupportedException { return (Apple) clone(); Wywołując clone() na obiekcie Apple dostajemy obiekt nadklasy Fruit i musimy niepotrzebnie rzutować w dół do Apple Java 1.5 dopuszcza taką konstrukcję

Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Wyjątki Reflection Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

System typów i autoboxing Typy proste (primitives) i referencyjne (obiekty) Czasem konstrukcja wymaga użycia typu referencyjnego: Jako typu parametryzującego szablon Jako obiektów kolekcji np. List Konieczne rzutowania list.add(new Integer(1)); int i = ((Integer)list.get(0)).intValue(); Autoboxing / autounboxing robi to automatycznie Integer integer = new Integer(1); integer += 1;

Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Wyjątki Reflection Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

Iterowanie po elementach kolekcji Dotychczas (Java 1.4) używamy konstrukcji typu public void drawAll (Collection c) { Iterator itr = c.iterator(); while (itr.hasNext()) { ((Shape)itr.next()).draw(); } Używając typów parametrycznych, możemy zaoszczędzić sobie kodowania kilku rzutowań public void drawAll (Collection<Shape> c) { Iterator<Shape> itr = c.iterator(); while (itr.hasNext()) { itr.next().draw(); }

Pętla „foreach” + generics Nowa dopuszczalna postać pętli „for” public void drawAll(Collection<Shape> c) { for (Shape s:c) s.draw(); } Rozwijane automatycznie do kodu for (Iterator<Shape> $i = c.iterator(); $i.hasNext();) { Shape s = $i.next();

Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Wyjątki Reflection Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

Bezpieczne (type-safe) typy wyliczeniowe Dotychczas class Movement { public static final int UP = 0; public static final int LEFT = 1; public static final int DOWN = 2; public static final int RIGHT = 3; } Wywołanie metody oczekującej parametru takiego typu wyliczeniowego z parametrem np. 5 nie wygeneruje błędu kompilacji Nowa konstrukcja „enum” class Movement { public enum Direction {up, left, down, right}

Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Wyjątki Reflection Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

Statyczne „import” Po użyciu import static java.lang.Math.*; możemy pisać po prostu int i = abs(-1); zamiast kwalifikować dodatkowo nazwą pakietu int i = Math.abs(-1); Potencjalne błędy kompilacji w przypadku powstającej w ten sposób dwuznaczności nazw

Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Wyjątki Reflection Tworzenie i zarządzanie obiektami Garbage Collector i finalize() Nowe elementy Javy 1.5 Typy sparametryzowane Covariant return types „autoboxing” Pętla w stylu foreach Bezpieczne (type-safe) enumeracje Statyczne import Metody ze zmienną liczbą parametrów

Zmienna liczba argumentów public static int sum(int args...) { int sum = 0; for (int x : args ) /* użycie wcześniej przedstawianej konstrukcji „foreach” */ {sum += x; } return sum; }

Literatura i URLs Wprowadzenie do użycia Generics http://developer.java.sun.com/developer/technicalArticles/releases/generics/ Artykuł o tablicach typów sparametryzowanych http://www.langer.camelot.de/Articles/Java/JavaGenerics/ArraysInJavaGenerics.htm The Java Language Specification, dostępna z java.sun.com