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Java二進制兼容性原理

2019-11-18 14:24:12
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供稿：網友

　　一、概述

　　現在的軟件越來越依靠于不同廠商、作者開發的共享組件，組件治理也變得越來越重要。在這方面，一個極其重要的問題是類的不同版本的二進制兼容性，即一個類改變時，新版的類是否可以直接替換原來的類，卻不至于損壞其他由不同廠商/作者開發的依靠于該類的組件？

　　java二進制兼容性概念的主要目標是推動Internet上軟件的廣泛重用，同時它還避免了大多數C++環境面臨的基礎類脆弱性問題——例如，在C++中，對域（數據成員或實例變量）的訪問被編譯成相對于對象起始位置的偏移量，在編譯時就確定，假如類加入了新的域并重新編譯，偏移量隨之改變，原先編譯的使用老版本類的代碼就不能正常執行；虛擬方法調用也存在同樣的問題。

　　C++環境通常采用重新編譯所有引用了被修改類的代碼來解決問題。在Java中，少量開發環境也采用了同樣的策略，但這種策略存在諸多限制。例如，假設有人開發了一個程序P，P引用了一個外部的庫L1，但P的作者沒有L1的源代碼；L1要用到另一個庫L2。現在L2改變了，但L1無法重新編譯，所以P的開發和更改也受到了限制。

　　為此，Java引入了二進制兼容的概念——假如對L2的更改是二進制兼容的，那么更改后的L2、原來的L1和現在的P能夠順利連接，不會出現任何錯誤。

　　首先來看一個簡單的例子。Authorization和Hello類分別來自兩個不同的作者，Authorization提供身份驗證和授權服務，Hello類要調用Authorization類。

package com.author1;

public class Authorization {
　public boolean authorized(String userName) {
　　return true;
　}
}


package com.author2;

import com.author1.*;

class Hello {
　public static void main(String arg[]) {
　　Authorization auth = new Authorization();
　　if(auth.authorized("MyName"))
　　　System.out.　　else
　　　System.out.println("您未能通過身份驗證");
　}
}
　　現在author1發布了Authorization類的2.0版，Hello類的作者author2希望在不更改原有Hello類的情況下使用新版的Authorization類。2.0版的Authorization要比原來的復雜不少：

package com.author1;

public class Authorization {
　public Token authorized(String userName, String pwd) {
　　return null;
　}
　private boolean determineAuthorization(String userName, String pwd) {
　　return true;
　}
　public boolean authorized(String userName) {
　　return true;
　}
　public class Token { }
}

　　作者author1承諾2.0版的Authorization類與1.0版的類二進制兼容，或者說，2.0版的Authorization類仍然滿足1.0版的Authorization類與Hello類的約定。顯然，author2編譯Hello類時，無論使用Authorization類的哪一個版本都不會出錯——實際上，假如僅僅是因為Authorization類升級，Hello類根本無需重新編譯，同一個Hello.class可以調用任意一個Authorization.class。

　　這一特性并非Java獨有。UNIX系統很早就有了共享對象庫（.so文件）的概念，Windows系統也有動態鏈接庫（.dll文件）的概念，只要替換一下文件就可以將一個庫改換為另一個庫。就象Java的二進制兼容特性一樣，名稱的連接是在運行時完成，而不是在代碼的編譯、連接階段完成，而因它也同樣擁有Java二進制兼容性所具有的優點，例如修改代碼時只需重新編譯一個庫，便于對程序的某一部分進行修改。但是，Java的二進制兼容性還有其獨特的優勢：

　　⑴ Java將二進制兼容性的粒度從整個庫（可能包含數十、數百個類）細化到了單個的類。

　　⑵ 在C/C++之類的語言中，創建共享庫通常是一種有意識的行為，一個應用軟件一般不會提供很多共享庫，哪些代碼可以共享、哪些代碼不可共享都是預先規劃的結果。但在Java中，二進制兼容變成了一種與生俱來的天然特性。

　　⑶ 共享對象只針對函數名稱，但Java二進制兼容性考慮到了重載、函數簽名、返回值類型。

　　⑷ Java提供了更完善的錯誤控制機制，版本不兼容會觸發異常，但可以方便地捕捉和處理。相比之下，在C/C++中，共享庫版本不兼容往往引起嚴重問題。
　　二、類和對象的兼容性

　　二進制兼容的概念在某些方面與對象串行化的概念相似，兩者的目標也有一定的重疊。串行化一個Java對象時，類的名稱、域的名稱被寫入到一個二進制輸出流，串行化到磁盤的對象可以用類的不同版本來讀取，前提是該類要求的名稱、域都存在，且類型一致。下表比較了二進制兼容和串行化這兩個概念。

 
對象串行化
二進制兼容
適用于 對象類

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