java11新特性---Nest-Based Access Control(嵌套访问控制)

简介

嵌套是一种访问控制上下文，它允许多个class同属一个逻辑代码块，但是被编译成多个分散的class文件，它们访问彼此的私有成员无需通过编译器添加访问扩展方法。

动机

很多jvm语言支持在一个源文件中放多个class。这对于用户是透明的，用户认为它们在一个class中，所以希望它们共享同一套访问控制体系。为了达到目的，编译器需要经常需要通过附加的access bridge扩大private成员的访问权限到package。这种bridge和封装相违背，并且轻微的增加程序的大小，会干扰用户和工具。所以我们希望一种更直接，更安全，更透明的方式。

一个更大的坑就是反射的时候会有问题。当使用java.lang.reflect.Method.invoke从一个nestmate调用另一个nestmate私有方法时会报IllegalAccessError错误。这个是让人不能理解的，因为反射应该和源码级访问拥有相同权限。

话不多说，看段代码

public class JEP181 {

    public static class Nest1 {
        private int varNest1;
        public void f() throws Exception {
            final Nest2 nest2 = new Nest2();
            //这里没问题
            nest2.varNest2 = 2;
            final Field f2 = Nest2.class.getDeclaredField("varNest2");
           //这里在 java 8环境下会报错，在java11中是没问题的
            f2.setInt(nest2, 2);
            System.out.println(nest2.varNest2);
        }
    }

    public static class Nest2 {
        private int varNest2;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        new Nest1().f();
    }
}
复制代码

在java11之前，classfile用InnerClasses和EnclosingMethod两种属性来帮助编译器确认源码的嵌套关系，每一个嵌套的类型会编译到自己的class文件中，在使用上述属性来连接其他class文件。这些属性对于jvm确定嵌套关系上已经足够了，但是它们不直接适用于访问控制，并且和java语言绑定的太紧了。

为了提供一种更大的，更广泛的，不仅仅是java语言的嵌套类型，并且补足访问控制检测的不足，引入了两个新的class文件属性。定义了两种nest member，一种叫nest host（也叫top-level class），它包含一个NestMembers属性用于确定其他静态的nest members，其他的就是nest member，它包含一个NestHost属性用于确定它的nest host。

大家可以看一下上述代码的class文件详情。

JVM针对嵌套成员的访问控制

调整了jvm访问规则，增加了如下条款：

一个field或method R可以被class或interface D访问，当且仅当如下任一条件为真：

• … …(原条款不变)
• R是私有的，并且声明在另一个class或interface C中，并且C和D是nestmates

C和D是nestmates表名他们肯定有一个相同的host

这个松散的访问规则会作用在如下几个地方：（这一段我就贴原文了，感觉翻译过来味道就变了）

• Resolving fields and methods (JVMS 5.4.3.2, etc.)
• Resolving method handle constants (JVMS 5.4.3.5)
• Resolving call site specifiers (JVMS 5.4.3.6)
• Checking Java language access by instances of java.lang.reflect.AccessibleObject
• Checking access during queries to java.lang.invoke.MethodHandles.Lookup

针对上述访问规则的改变，相应的调整字节码：

• invokespecial for private nestmate constructors,
• invokevirtual for private non-interface, nestmate instance methods,
• invokeinterface for private interface, nestmate instance methods; and
• invokestatic for private nestmate, static methods

嵌套类的校验

嵌套类必须在访问前校验。校验最迟要发生在访问成员之前，最早可以发生在对class文件的校验时，或者在两者之间，比如JIT时。校验嵌套关系，需要加载nest host类，为了防止无意义的加载，这一步尽量放到最后做。

为了保证嵌套的完整性，建议禁止修改nest classfile属性