Java 9 新功能之 HTTP2 和 REPL

對Java 9的炒作將不再局限于模塊化（modularity），Java 9正在搜羅大量額外的功能模塊，這些功能模塊正作為Java增強提案（JEP）提交，并在OpenJDK (Java SE的參考實現項目）中實現。

在這篇文章中，我們將重點關注一些或將在Java 9整個生命周期中，對開發者的工作生活影響最大的JEP，包括新的HTTP/2支持和JShell REPL（讀取-求值-打印-循環），后者帶來了基于shell的交互式Java開發環境和探索性開發API。
HTTP/2

HTTP/2標準是HTTP協議的最新版本。當前版本HTTP/1.1始于1999年，存在著非常嚴重的問題，包括：

對頭阻塞

在HTTP/1.1中，響應接收的順序和請求發送的順序相同。這意味著，例如，當查看一個包含許多小圖像的大HTML頁面時，圖像資源將不得不在 HTML頁面資源之后排隊，在瀏覽器完全加載完HTML頁面之前，圖像資源無法被發送。這就是“對頭阻塞”，會導致許多潛在的頁面渲染問題。

在HTTP/2中，響應數據可以按塊（chunk）傳輸，甚至可以交叉傳輸，因此真正實現了請求和響應的多路復用。

一個站點的連接數限制

在HTTP/1.1標準中有這樣的描述：“一個單用戶的客戶端不能與任何服務器保持2個以上的連接”。這個限制和對頭阻塞問題一起，嚴重限制了頁面的性能。

HTTP/2打破這種限制并認為連接是持久的，只有當用戶跳轉后或者發生技術性故障事件時，連接才會關閉。對多路復用的使用將有助于降低頁面性能瓶頸。

HTTP控制頭的開銷

當前的HTTP版本使用簡單的、基于文本的HTTP頭信息來控制通信。這樣做的優點是非常簡單且易于理解，調試也很簡單，只需通過連接指定端口并輸入一些文本。然而，使用基于文本的協議會讓小的響應包不成比例地膨脹。此外，大量的HTTP響應幾乎沒有或者根本沒有有效負載（比如，HEAD請求只是要確定資源是否發生變化）。為實際上只包含最后修改時間的響應，使用完全基于文本的頭信息（大約有700個字節，在HTTP1.1中，它們不能被壓縮，盡管很容易做到）是當前HTTP標準中，不可思議的浪費。

另一個思路是對HTTP頭信息使用二進制編碼。這種方式能夠極大地提高較小請求的速度且占用的網絡帶寬非常小。這正是HTTP/2已經選擇的方法，雖然以協議精神制定標準應該選擇基于文本的協議，但是二進制的效率有令人信服的理由，讓我們這樣做。

HTTP/2帶來的期望

HTTP/2 標準是由 IETF HTTP工作組創建的，該組織由來自 Mozilla、Google、 Microsoft、Apple，以及其他公司的代表和工程師組成，由來自CDN領軍公司Akamai的高級工程師Mark Nottingham任主席。因此，HTTP/2是一個為優化大型、高流量的網站而生的版本，它在實現簡單、易于調試的基礎上，確保了性能和網絡帶寬消耗。

該組織主席總結了一些HTTP/2的關鍵屬性：

相同的HTTP API

成本更低的請求

網絡和服務器端友好

緩存推送

思維革命

更多加密方式

帶給Java的意義

自從1.0版本開始，Java就支持HTTP，但是多數代碼出自完全不同的時代。例如，Java對HTTP的支持是圍繞相對協議無關的框架（URL類）設計的，因此在網站成為主導地位的90年代，這種實現顯得很不清晰。

Java對HTTP的支持是基于當時最好的設計思想，但是時過境遷，最重要的是Java對HTTP原始的支持出來時，HTTPS還沒有出現。因此，Java的API將HTTPS作為一種移花接木，導致了不能簡化的復雜性。

在現代社會，HTTPS開始變得無所不在，讓HTTP日漸成為落后的技術。甚至，美國政府現在都通過了完全遷到HTTPS-only的計劃。

JDK內核對HTTP的支持已經無法跟上現實網絡的發展步伐。實際上，甚至JDK8也只不過是交付了一個支持HTTP/1.0的客戶端，然而，大多數的開發者早已轉而使用第三方客戶端庫了，比如Apache的HttpComponents。

所有這一切意味著，對HTTP/2的支持將是Java未來十年的核心功能。這也讓我們重新審視我們的固有思維，重新寫一套API并提供重新來過的機會。HTTP/2將是未來數年內，每位開發者主要面對的API。

新的API不再堅持協議中立性，使開發者可以完全拋棄過去的使用方式。這套API只關注HTTP協議，但是要進一步理解的是HTTP/2并沒有從根本上改變原有的語義。因此，這套API是HTTP協議獨立的，同時提供了對新協議中幀和連接處理的支持。

在新的API中，一個簡單的HTTP請求，可以這樣創建和處理：

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);

這種符合流暢風格/建造者模式（fluent/builder）的API，與現存的遺留系統相比，對開發者來說，更具現代感和舒適感。

雖然當前的代碼庫只支持HTTP/1.1，但是已經包含了新的API。這使得在對HTTP/2支持完成對過程中，開發者可以實驗性地使用和驗證新的API。

相關代碼已經進入OpenJDK沙箱倉庫中，并很快登陸JDK 9的主干。到那個時候，新的API將開始自動構建到Oracle的二進制beta版本中。現在，對HTTP/2的支持已經可用，并將在未來數月內最終完成。

在此期間，你可以使用Mercurial遷出源代碼，并根據AdoptOpenJDK構建指導編譯你遷出地代碼，這樣你就可以實驗性地使用新的API了。

第一批完成的功能之一是當前版本力不能及的異步API。這個功能讓長期運行的請求，可以通過sendAsync()方法，切換到VM

管理的后臺線程中：

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的實現，新的API帶給開發者最多的是方便性，因為HTTP/1.1沒有提供對已經發送到服務器端的請求的取消機制，而HTTP/2可以讓客戶端向已經被服務器端處理的請求，發送取消命令。

JShell

很多語言都為探索性開發提供了交互式環境。在某些情況下（特別是Clojure和其他Lisp方言），交互式環境占據了開發者的大部分編碼時間，甚至是全部。其他語言，比如Scala或者JRuby也廣泛使用REPL。

當然，此前Java曾經推出過Beanshell腳本語言，但是它沒有實現完全標準化，而且近年來，該項目已經處于不活躍狀態。在Java 8（以及jjs REPL）中引入的Nashorn Javascript實現打開了更廣泛地考慮REPL并將交互式開發成為可能的大門。

一項努力將現代REPL引入Java 9的工作，以JEP 222作為開始，收錄在OpenJDK的Kulla項目中。Kulla這個名字來自古巴比倫神話，是建造之神。該項目的主旨是提供最近距離的“完整 Java”體驗。該項目沒有引入新的非Java語義，并禁用了Java語言中對交互式開發沒有用處的語義（比如上層的訪問控制修改或同步的語義）。

與所有REPL一樣，JShell提供了命令行，而不是類似IDE的體驗。語句和表達式能夠在執行狀態上下文中，被立即求值，而不是非得打包到類中。方法也是自由浮動的，而不必屬于某個特定的類。相反，JShell使用代碼片斷“snippets”來提供上層執行環境。

與HTTP/2 API相似，JShell已經在獨立的項目開發，以免在快速發展的時期影響主干構建的穩定性。JShell預計在2015年8月期間合并到主干。

現在，開發者可以參考AdoptOpenJDK說明指導，從頭構建Kulla（源代碼可以從Mercurial地址獲得）。

對于一些上手實驗，最簡單的可能是使用一個獨立的試驗jar。這些jar包是社區專為不想從頭構建的開發者構建好的。

這些試驗jar包可以從AdoptOpenJDK CloudBees的CI構建實例中獲得。

要使用它們，你需要安裝Java 9 beta版（或者OpenJDK 9的構建版本）。然后下載jar文件，重命名為kulla.jar，然后在命令行輸入如下：

$ java -jar kulla.jar
|  Welcome to JShell -- Version 0.610
|  Type /help for help->

這是REPL的標準界面，和往常一樣，命令是從單個字符開始并最終發出的。

JShell有一個相當完整（但仍在發展）的幫助語法，可以通過如下命令輕松獲得：

-> /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 snippetSupported 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鍵自動補全，因此我們可以很容易找到println()或者其他我們想使用的方法：

-> System.out.print
print(     printf(    println(

傳統的表達式求值也很容易，但是相比其他動態類型語言，Java的靜態類型特征會更嚴格一點。JShell會自動創建臨時變量來保存表達式的值，并確保它們保持在上下文域內供以后使用：

-> 3 * (4 + 5)
|  Expression value is: 27
|    assigned to temporary variable $1 of type int-> System.out.println($1);
27

我們還可以使用/list命令，查看到目前為止輸入的所有源代碼：

-> /list9 : 3 * (4 + 5)10 : System.out.println($1);

使用/vars命令顯示所有的變量（包括顯式定義的和臨時的），以及他們當前持有的值：

-> String s = "Dydh da"
|  Added variable s of type String with initial value "Dydh da"-> /vars
|    int $1 = 27
|    String s = "Dydh da"

除了支持簡單的代碼行，REPL還允許非常簡單地創建類和其它用戶定義的類型。例如，可以用如下短短一行來創建類（請注意，開始和結束括號是必需的）：

-> class Pet {}
|  Added class Pet-> class Cat extends Pet {}
|  Added class Cat

JShell代碼非常簡潔、自由浮動的性質意味著我們可以非常簡單地使用REPL來演示Java語言的功能。例如，讓我們來看看著名的類型問題，即Java數組的協變問題：

-> 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)

這樣的功能使JShell成為一種偉大的教學或研究工具，而且最接近Scala REPL的體驗。使用/classpath切換，可以加載額外的jar包，從而可以在REPL直接使用互動式探索性API。