Java9新功能之HTTP2和REPL

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
{1}
-> Cat[] cats = new Cat[1]
|  Added variable cats of type Cat[] with initial value [LCat;@3ac42916
{1}
-> pets = cats
|  Variable pets has been assigned the value [LCat;@3ac42916
{1}
-> 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)

目前正在审议（以及考虑应该放在哪个 Java 版本）的所有 JEP 的完整列表可以在这里找到。

关于作者

Ben Evans是 Java/JVM 性能分析初创公司 jClarity 的 CEO。在业余时间，他是伦敦 Java 社区的领导者之一并且是 Java 社区进程执行委员会的一员。他之前的项目经验包括 Google IPO 的性能测试、金融交易系统、为 90 年代一些最大的电影编写备受好评的网站等。

查看英文原文： Java 9’s New HTTP/2 and REPL