解析Java中的默认方法

为什么有默认方法?

Java 8 就要来临，尽管发布期限已经被推迟, 我们仍非常确信在它最终发布的时候会支持lambdas 表达式。 前面提到过，我们之前关于这个主题已经讨论了不少，不过，lambdas表达式并不是Java 8中唯一改变的游戏规则。

假设Java 8 已经发布并且包含了lambda。现在你打算用一下lambda，最明显的应用场景莫过于对collection的每一个元素应用lambda。

List<?> list = …
list.forEach(…); // 这就是lambda代码

在java.util.List或者java.util.Collection接口里都找不到forEach的定义。通常能想到的解决办法是在JDK里给相关的接口添加新的方法及实现。然而，对于已经发布的版本，是没法在给接口添加新方法的同时不影响已有的实现。

因此，如果在Java 8里使用lambda的时候，因为向前兼容的原因而不能用于collection库，那有多糟糕啊。

由于上述原因，引入了一个新的概念。虚拟扩展方法，也即通常说的defender方法, 现在可以将其加入到接口，这样可以提供声明的行为的默认实现。

简单的说，Java的接口现在可以实现方法了。默认方法带来的好处是可以为接口添加新的默认方法，而不会破坏接口的实现。

在我看来，这并非那种每天都会用到的Java特性，但是它绝对能让Java的Collections API可以很自然的使用lambda。

最简单的例子

让我们看一个最简单的例子：一个接口A，Clazz类实现了接口A。

public interface A {
  default void foo(){
    System.out.println("Calling A.foo()");
  }
}

public class Clazz implements A {
}

代码是可以编译的，即使Clazz类并没有实现foo()方法。在接口A中提供了foo()方法的默认实现。

使用这个例子的客户端代码：

Clazz clazz = new Clazz();
clazz.foo(); // 调用A.foo()

多重继承？

有一个常见的问题：人们会问 当他们第一次听到关于默认方法的新的特性时 “如果一个类实现了两个接口，并且两个接口都用相同的签名定义了默认方法，这该怎么办？”让我们用先前的例子来展示这个解决方案：

public interface A {
  default void foo(){
    System.out.println("Calling A.foo()");
  }
}

public interface B {
  default void foo(){
    System.out.println("Calling B.foo()");
  }
}

public class Clazz implements A, B {
}

这段代码不能编译 有以下原因：

java:class Clazz 从types A到B给foo()继承了不相关的默认值

为了修复这个，在Clazz里我们不得不手动解决通过重写冲突的方法：

public class Clazz implements A, B {
  public void foo(){}
}

但是如果我们想从接口A中调用默认实现方法foo()，而不是实现我们自己的方法，该怎么办呢？这是有可能的，引用A中的foo()，如下所示：

public class Clazz implements A, B {
  public void foo(){
    A.super.foo();
  }
}

现在我不能十分确信我喜欢这个最终方案。也许它比在签名里声明默认方法的实现更为简练，正如在默认方法规范的第一手稿里所声明的：

public class Clazz implements A, B {
  public void foo() default A.foo;
}

但是这确实更改了语法，难道不是吗?它看起来更像一个接口的方法声明而不是实现。假若接口A和接口B定义了许多相互冲突的默认方法，而我愿意使用所有接口A的默认方法解决冲突，那又如何呢？目前我不得不一个接着一个的解决冲突，改写每一对冲突的方法。这可能需要大量的工作和书写大量的模板代码。

我估计解决冲突的方法需要进行大量的讨论，不过看起来创建者决定接受这无法避免的灾难。

真实的例子

默认方法实现的真实例子可以在 JDK8早期打的包中找到。回到集合的forEach方法的例子中, 我们可以发现在java.lang.Iterable接口中，它的默认实现如下:

@FunctionalInterface
public interface Iterable<T> {
  Iterator<T> iterator();

  default void forEach(Consumer<? super T> action) {
    Objects.requireNonNull(action);
    for (T t : this) {
      action.accept(t);
    }
  }
}

forEach 使用了一个java.util.function.Consumer功能接口类型的参数，它使得我们可以传入一个lambda表达式或者一个方法引用，如下:

List<?> list = …
list.forEach(System.out::println);

方法调用
让我们看一下实际上是如何调用默认的方法的。如果你不熟悉这个问题，那么你可能有兴趣阅读一下Rebel实验室有关Java字节的报告。

从客户端代码的视角来看，默认的方法仅仅是常见的虚拟方法。因此名字应该是虚拟扩展方法。因此对于把默认方法实现为接口的简单例子类来说，客户端代码将在调用默认方法的地方自动调用接口。

A clazz = new Clazz();
clazz.foo(); // invokeinterface foo()

Clazz clazz = new Clazz();
clazz.foo(); // invokevirtual foo()

如果默认方法的冲突已经解决，那么当我们修改默认方法并指定调用其中一个接口时候，invokespecial将给我们指定具体调用哪个接口的实现。

public class Clazz implements A, B {
  public void foo(){
    A.super.foo(); // invokespecial foo()
  }
}

下面是javap的输出：

public void foo();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #2 // InterfaceMethod A.foo:()V
4: return

正如你看到的:invokespecial指令用来调用接口方法foo()。从字节码的视角来看，这仍是新鲜的事情，因为以前你只能通过指向一个类(父类)的而不是指向一个接口的super来调用方法。

最后…

默认方法是对Java语言的有趣补充 – 你可以把他们看做是lambdas表达式和JDK库之间的桥梁。默认表达式的主要目标是使标准JDK接口得以进化，并且当我们最终开始使用Java 8的lambdas表达式时，提供给我们一个平滑的过渡体验。谁知道呢，也许将来我们会在API设计中看到更多的默认方法的应用。