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《Kotlin 程序设计》第九章 Kotlin与Java混合调用

2017-05-29  本文已影响422人  光剑书架上的书

第九章 Kotlin与Java混合调用

正式上架：《Kotlin极简教程》Official on shelves: Kotlin Programming minimalist tutorial
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虽然 Kotlin 的开发很方便，但当你与他人协作时，总会碰到 Java 与 Kotlin 代码共存的代码项目。本章就教你如何优雅的实现 Kotlin 与 Java 混合编程。

1 使用工具互相转换

1.1 将 Java 转换为 Kotlin

如果你之前使用 Java 语言而没有 Kotlin 开发经验，不用担心，Intellij IDEA 会帮你一键转换，将 Java 代码转换成 Kotlin 代码。

1.2 将 Kotlin 转换为 Java

另外，通过IDEA的Kotlin插件，可以直接把Kotlin代码ByteCode反编译成Java代码（虽然这个反编译后的Java代码不是那么的的原汁原味）。

2 反射获取类的 Class

在 Java 或 Android 开发中，经常会直接调用一个类的 Class 文件。我们在Java中是直接这么调用的 Xyz.class。

这样的方式，在Kotlin中稍微有点不同。在 M13 之前， Kotlin 代码使用JavaClass<Xyz>，而 M13 之后写法为 Xyz::class.java 。

3 在 Kotlin 中调用 Java 代码

3.1 void 与 Unit

如果一个 Java 方法返回 void，对应的在 Kotlin 代码中它将返回 Unit。在 Kotlin 中可以省略这个Unit返回类型。

3.2 Java 与 Kotlin 关键字冲突的处理

Java 有 static 关键字，在 Kotlin 中没有这个关键字，你需要使用@JvmStatic
替代这个关键字。

同样，在 Kotlin 中也有很多的关键字是 Java 中是没有的。例如

in
is
data

等。

如果 Java 中使用了这些关键字，需要加上反引号转义来避免冲突。例如

// Java 代码中有个方法叫 is()
public void is(){
 //...
}
// 转换为 Kotlin 代码需要加反引号转义
fun `is`() {
 //...
}

4 在 Java 中调用 Kotlin 代码

4.1 static 方法

上文已经提到过，在 Kotlin 中没有 static
关键字,那么如果在 Java 代码中想要通过类名调用一个 Kotlin 类的方法，你需要给这个方法加入@JvmStatic注解。

另外，你也可以通过对象object调用这个方法。

代码示例

StringUtils.isEmpty("hello");  
StringUtils.INSTANCE.isEmpty2("hello");

object StringUtils {
    @JvmStatic fun isEmpty(str: String): Boolean {
        return "" == str
    }

    fun isEmpty2(str: String): Boolean {
        return "" == str
    }
}

4.2 静态方法与伴生对象companion object

class StringUtils {
    companion object {
       fun isEmpty(str: String): Boolean {
            return "" == str
        }
    }
}

companion object， 表示外部类的一个伴生对象，你可以把他理解为外部类自动创建了一个对象作为自己的field。与上面的类似，Java 在调用时，可以这样写：

StringUtils.Companion.isEmpty();

4.3 包级别函数

与 Java 不同，Kotlin 允许函数独立存在，而不必依赖于某个类，这类函数我们称之为包级别函数(Package-Level Functions)。

为了兼容 Java，Kotlin 默认会将所有的包级别函数放在当前kt源文件的类中。比如说，HelloWorld.kt中的包级别的函数，默认会放到HelloWorldKt类中。

//@file:JvmName("MyExample")
package com.easy.kotlin

/**
 * Created by jack on 2017/5/29.
 */

import java.util.Date
import java.text.SimpleDateFormat

fun main(args: Array<String>) {
    println("Hello, world!")
    println(SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(Date()))
    println(helloKotlin())
}


fun helloKotlin():String {
    val words = mutableListOf<String>()
    words.add("Hello")
    words.add("Kotlin!")
    words.add(java.util.Date().toString())
    return words.joinToString(separator=" ")
}

反编译看下Kotlin ByteCode：

// ================com/easy/kotlin/HelloWorldKt.class =================
// class version 50.0 (50)
// access flags 0x31
public final class com/easy/kotlin/HelloWorldKt {


  // access flags 0x19
  public final static main([Ljava/lang/String;)V
    @Lorg/jetbrains/annotations/NotNull;() // invisible, parameter 0
    LDC "Hello, world!"
    INVOKESTATIC kotlin/io/ConsoleKt.println (Ljava/lang/Object;)V
    NEW java/text/SimpleDateFormat
    DUP
    LDC "yyyy-MM-dd HH:mm:ss"
    INVOKESPECIAL java/text/SimpleDateFormat.<init> (Ljava/lang/String;)V
    NEW java/util/Date
    DUP
    INVOKESPECIAL java/util/Date.<init> ()V
    INVOKEVIRTUAL java/text/SimpleDateFormat.format (Ljava/util/Date;)Ljava/lang/String;
    INVOKESTATIC kotlin/io/ConsoleKt.println (Ljava/lang/Object;)V
    INVOKESTATIC com/easy/kotlin/HelloWorldKt.helloKotlin ()Ljava/lang/String;
    INVOKESTATIC kotlin/io/ConsoleKt.println (Ljava/lang/Object;)V
    RETURN
   L0
    MAXSTACK = 3
    MAXLOCALS = 1

  // access flags 0x19
  public final static helloKotlin()Ljava/lang/String;
  @Lorg/jetbrains/annotations/NotNull;() // invisible
    INVOKESTATIC kotlin/collections/CollectionsKt.mutableListOf ()Ljava/util/List;
    ASTORE 0
   L0
    ALOAD 0
    LDC "Hello"
    INVOKEINTERFACE java/util/List.add (Ljava/lang/Object;)Z
    POP
    ALOAD 0
    LDC "Kotlin!"
    INVOKEINTERFACE java/util/List.add (Ljava/lang/Object;)Z
    POP
    ALOAD 0
    NEW java/util/Date
    DUP
    INVOKESPECIAL java/util/Date.<init> ()V
    INVOKEVIRTUAL java/util/Date.toString ()Ljava/lang/String;
    INVOKEINTERFACE java/util/List.add (Ljava/lang/Object;)Z
    POP
    ALOAD 0
    CHECKCAST java/lang/Iterable
    LDC " "
    CHECKCAST java/lang/CharSequence
    ACONST_NULL
    ACONST_NULL
    ICONST_0
    ACONST_NULL
    ACONST_NULL
    BIPUSH 62
    ACONST_NULL
    INVOKESTATIC kotlin/collections/CollectionsKt.joinToString$default (Ljava/lang/Iterable;Ljava/lang/CharSequence;Ljava/lang/CharSequence;Ljava/lang/CharSequence;ILjava/lang/CharSequence;Lkotlin/jvm/functions/Function1;ILjava/lang/Object;)Ljava/lang/String;
    ARETURN
   L1
   L2
    LOCALVARIABLE words Ljava/util/List; L0 L2 0
    MAXSTACK = 9
    MAXLOCALS = 1

  // access flags 0x19
  public final static <clinit>()V
    RETURN
   L0
    MAXSTACK = 0
    MAXLOCALS = 0
}

我们可以看出，Kotlin中的包级别函数

fun helloKotlin()

被编译成成了public final static 方法：

public final static helloKotlin()

在 Java 中想要调用包级别函数时，需要通过这个public final class com/easy/kotlin/HelloWorldKt类来调用。

我们也可以通过注解@file:JvmName("MyExample")来自定义这个类名。这样当前文件中的所有包级别函数, 将被放到一个自动生成的文件名为 MyExample 的类中。

代码示例如下：

@file:JvmName("MyExample")
package com.easy.kotlin

/**
 * Created by jack on 2017/5/29.
 */

import java.util.Date
import java.text.SimpleDateFormat

fun main(args: Array<String>) {
    println("Hello, world!")
    println(SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(Date()))
    println(helloKotlin())
}


fun helloKotlin():String {
    val words = mutableListOf<String>()
    words.add("Hello")
    words.add("Kotlin!")
    words.add(java.util.Date().toString())
    return words.joinToString(separator=" ")
}

添加了如下代码

@file:JvmName("MyExample")
package com.easy.kotlin

反编译后:

// ================com/easy/kotlin/MyExample.class =================
// class version 50.0 (50)
// access flags 0x31
public final class com/easy/kotlin/MyExample {


  // access flags 0x19
  public final static main([Ljava/lang/String;)V
    ....

  // access flags 0x19
  public final static helloKotlin()Ljava/lang/String;
  ....
}

我们可以看到：类名变成了MyExample。

简洁，使用更少的代码做更多的事
在我看来，Kotlin很关键的一个优点就是简洁。相对于Java，使用Kotlin往往能够用更少的代码获得更多的功能。这有什么好处呢？很简单，写的代码越少，逻辑越清晰，所犯的错误就会越少。

  1. 数据类
    数据类大量重复的getter和setter相信会是很多人在开发过程中吐槽的一个点。举一个很经典的例子，我们需要一个Person的数据类。

在Java中，需要这么写：

public class Person {
private String name;
private int age;
private int sex;
private float height;

public Person(String name, int age, int sex, float height) {
    this.name = name;
    this.sex = sex;
    this.age = age;
    this.height = height;
}

public String getName() {
    return name;
}

public void setName(String name) {
    this.name = name;
}

public int getAge() {
    return age;
}

public void setAge(int age) {
    this.age = age;
}

public int getSex() {
     return sex;
}

public void setSex(int sex) {
    this.sex = sex;
}

public float getHeight() {
    return height;
}

public void setHeight(float height) {
    this.height = height;
}

@Override
public String toString() {
    return "Person{" +
            "name='" + name + '\'' +
            ", age=" + age +
            ", sex=" + (sex == 0 ? "男" : "女") +
            ", height=" + height +
            '}';

}
在Kotlin里，我们只需要一行代码就能完成以上的功能：

data class Person(var name: String,
var age: Int,
var sex: Int,
var height: Float)
Kotlin提供的数据类会让你自动获得所需的getter、setters、toString()，这很大程度上减少了大量重复的工作。当然，我们也可以很轻松的去覆盖这些函数，做自定义的事情，但是在大多数情况下，只需声明类和属性就已经足够了。

  1. 区间表达式
    在Java中我们经常要写这样的代码，

for(int i = 0; i <= 10; i++){
System.out.println(i)
}
但是在Kotlin中，支持 .. 操作符形式的区间表达式，我们转换成Kotlin就变成了这样：

for(i in 0..10){
println(i)
}
是不是简洁优雅很多，不仅如此，还有更多相关的功能。

//倒序迭代
for(i in 10 downTo 0){
...
}

//步长为2的迭代
for(i in 0..10 setp 2){
...
}

//i在[0,10)区间，排除了10
for(i in 0 until 10){
...
}

  1. Lamda表达式
    Java在Java8才支持Lamda语法，在Kotlin里完全支持。有对比才有差距，看例子：

Java中：

btn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
@Override
public void onClick(View v) {
//dosomething
}});
Kotlin中：

btn.setOnClickListener { //dosomething }

  1. 类扩展
    类扩展是一个超级强大的功能，我终于可以摆脱大量的Util工具类了。：）

看一个例子：

fun MutableList<Int>.swap(index1: Int, index2: Int) {
val tmp = this[index1] // 'this' 对应该列表
this[index1] = this[index2]
this[index2] = tmp
}
}

//使用
val l = mutableListOf(1, 2, 3)
l.swap(0, 2) // 'swap()' 内部的 'this' 得到 'l' 的值
是不是功能强大且代码简洁优雅？当然，扩展并不能真正的修改它所扩展的类。通过定义一个扩展，我们并没有在一个类中插入新的方法，仅仅是可以通过该类型的变量用点表达式来调用这个新函数。 口说无凭，我们来看看Kotlin编译后的字节码：

定义：

public final class ExtensionKt {
// access flags 0x19
// signature (Ljava/util/List<Ljava/lang/Integer;>;II)V
// declaration: void swap(java.util.List<java.lang.Integer>, int, int)
public final static swap(Ljava/util/List;II)V
@Lorg/jetbrains/annotations/NotNull;() // invisible, parameter 0
L0
ALOAD 0
LDC "$receiver"
INVOKESTATIC kotlin/jvm/internal/Intrinsics.checkParameterIsNotNull (Ljava/lang/Object;Ljava/lang/String;)V
L1
LINENUMBER 6 L1
ALOAD 0
ILOAD 1
INVOKEINTERFACE java/util/List.get (I)Ljava/lang/Object;
CHECKCAST java/lang/Number
INVOKEVIRTUAL java/lang/Number.intValue ()I
ISTORE 3
L2
LINENUMBER 7 L2
ALOAD 0
ILOAD 1
ALOAD 0
ILOAD 2
INVOKEINTERFACE java/util/List.get (I)Ljava/lang/Object;
INVOKEINTERFACE java/util/List.set (ILjava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
POP
L3
LINENUMBER 8 L3
ALOAD 0
ILOAD 2
ILOAD 3
INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer;
INVOKEINTERFACE java/util/List.set (ILjava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;
POP
L4
LINENUMBER 9 L4
RETURN
L5
LOCALVARIABLE tmp I L2 L5 3
LOCALVARIABLE $receiver Ljava/util/List; L0 L5 0
LOCALVARIABLE index1 I L0 L5 1
LOCALVARIABLE index2 I L0 L5 2
MAXSTACK = 4
MAXLOCALS = 4

// compiled from: extension.kt
}

使用：

L1
LINENUMBER 11 L1
ALOAD 1
ICONST_0
ICONST_2
INVOKESTATIC ExtensionKt.swap (Ljava/util/List;II)V
L2
可以看出，Kotlin在编译时会以所在文件名extension创建静态类ExtensionKt，并将定义的扩展方法swap编译成静态方法供外部调用。

在Java中形式大致是这样：

public final class ExtensionKt {
public static final void swap(@NotNull List list, int index1, int index2) {
int tmp = ((Number)list.get(index1)).intValue();
list.set(index1, receiver.get(index2));
list.set(index2, Integer.valueOf(tmp));
}
}
所以在底层，其实就是我们平时所写的Util工具类，但是Kotlin默认帮我们实现了，我们只需更简洁的编写调用就好了。

安全，避免NPE空指针异常

  1. 空安全
    这是一个让人又爱又恨的特性。一直以来，NullPointException空指针异常在开发中是最低级也最致命的问题。我们往往需要进行各种null的判断以试图去避免NPE的发生。Kotlin基于这个问题，提出了一个空安全的概念，即每个属性默认不可为null。

举个例子。

var a: String = "abcd"
a = null //编译错误
如果要允许为空，我们需要手动声明一个变量为可空字符串类型，写为String?

var a: String? = "abcd"
a = null //编译成功
那怎么实现默认不可为Null呢？ 我们来看一下字节码:

@Lorg/jetbrains/annotations/NotNull;() // invisible
L0
LINENUMBER 10 L0
GETSTATIC PersonKt.a : Ljava/lang/String;
ARETURN
L1

//init
static <clinit>()V
L0
LINENUMBER 10 L0
LDC "abcd"
PUTSTATIC PersonKt.a : Ljava/lang/String;
RETURN
MAXSTACK = 1
MAXLOCALS = 0
可以看到Kotlin对变量进行了NotNull注解。翻译成Java代码：

@NotNull
String a = "abcd"
不仅如此，为了避免NPE异常，Kotlin做了一件很有趣的事：当你允许属性可空时，Kotlin编译器将不允许你在未经检查的情况下引用它。

var person: Person? = null
person.name = "shinelw" //编译失败
person?.name = "shinelw" //编译成功
如上面的代码所示，当person对象可为null时，必须强制使用 ?. 来进行null检查。看看 ?. 在字节码里的样子，

LINENUMBER 13 L1
ALOAD 0
DUP
IFNULL L2
LDC "shinelw"
INVOKEVIRTUAL Person.setName (Ljava/lang/String;)V
GOTO L3

L2
POP
L3
可见，在person获取name属性的时候进行了null的判断，翻译成java代码：

Person person = (Person)null;
if(person != null) {
person.setName("shinelw");
}
这么看来，空安全特性的确带来了巨大的好处，极大程度上避免了空指针异常的出现。然而，世上没有十全十美的东西。空安全在开发过程中给我带来了很多幸福的烦恼。举个例子，以前用Java是这样的：

public class A {
String a;
String b;
String c;
}
现在呢，Kotlin中是这样的：

class A {
var a: String? = null
var b: String? = null
var c: String? = null
}
看出区别了吗？

在Kotlin中我们需要在定义变量是就必须给出初始值。开发过程中，很多情况下变量在定义时尚不知道要赋何值的，Kotlin强制初始化赋值让整个代码看起来很“怪异”。对我来说，如果一个变量可为null时，它应该是隐含地就默认给予了null值。

我希望应该是这样的，

class A {
var a: String? //默认值为null
var b: String? //默认值为null
var c: String? //默认值为null
}
虽然说Kotlin提供了lateinit类型懒加载的方式进行初始化，但是也并不能很好的支持全部情况，它只能用于var的属性，并且只能在属性没有自定义getter或者setter时候使用。属性的类型必须是非空值，并且它不能使原始类型。

当然，我们换个角度，从语言设计的角度来说，Kotlin这么设计又是很合理的。所有属性要求强制显式的初始化能够更容易的推理代码，明确每个属性在何时何地初始化。

总的来说，空安全机制所做的事情就是，让我们原本在逻辑代码中进行大量判空的工作转移到了初始化上，并很大程度地减轻了工作量。

更优雅，遵循Effective Java设计

  1. 类默认不可继承
    《Effective Java》提出一种观点：组合优于继承，避免滥用继承。要么为继承而设计，并提供文档说明，要么就禁止继承。至于为什么这么说呢，我见过一句话很形象：摊开来的代码，比叠起来的代码，更加一目了然。详细可以自行阅读《Effective Java》。

Kotlin默认类是final类型的，即每个类默认不可继承。只有你真的需要继承的时候，再通过open声明使用，声明方式如下：

open class A

  1. 更有效地使用构建器模式
    我们建议使用构建器模式，当Java的构造器存在多个可选的参数时，情况就会变得很复杂，代码冗长，也更容易出错。Kotlin提供了一种更有效的构造器方式，通过默认参数的功能实现。

data class Person(var name: String,
var age: Int = 18,
var sex: Int = 0,
var height: Float = 1.8f
var weight: Float = 60f)

//创建对象
val person: Person = Person(name="shinelw",
age = 10,
height = 1.7f)

  1. 单例模式
    Kotlin默认提供了单例模式的模板，通过object关键字即可实现。

object Singleton {
//各种函数
fun a(){...}
...
}

//使用时
Singleton.a()
完全不需要手动构建，看上去很好。但是我有一点质疑，它是不是线程安全的，是不是懒加载的。随后通过Kotlin编译器得到字节码，然后再反编译回Java代码。是长这样子的：

public class Singleton {
public static final Singleton INSTANCE;

public final void a() {
}

private Singleton() {
INSTANCE = (Singleton)this;
}

static {
new Singleton();
}
}
糟糕的是，从上面代码可以看出，Kotlin的object只是一个最简单的饿汉式的单例模式。在第一次加载类到内存的时候就会初始化，虽然它是线程安全的，但是不完美，对吗？

如果你是一个追求完美的人，下面是类似于静态内部类方式实现的单例模式，懒加载且线程安全。缺点是跟Java一样，需要手动构建。：)

class Singleton private constructor(){
companion object {
fun getInstance(): Singleton {
return SingletonHolder.instance
}
}
private object SingletonHolder {
val instance: Singleton = Singleton()
}

//各种函数..
fun a(){}

}

  1. 重载必须使用override
    Java中对于重载的注解@Override不是强制的，一旦项目代码很复杂，这将是一场灾难。当你分不清哪些是重载方法时，对方法进行参数修改是灾难性的。Kotlin基于这点，要求重载方法时必须加上override关键字。如果没写，编译器将会报错，强制你加上。

override fun a(){...}
完全兼容，与Java互操作
这是Kotlin与Scala相比，优势突出的一点。我们可以在Kotlin中调用现存的Java代码，并且也能在Java代码中顺利的调用Kotlin代码。这意味着我们可以马上在现有的Java项目中使用上Kotlin，同时所有之前旧的Java也一样有效。

这是很关键，也是我之所以很看好Kotlin的一个原因。

至于怎么相互调用操作，请大家看官方文档关于Java互操作的部分。

这里只说一个方面，关于空安全方面。

因为Java中的任何应用都可以为null，但是在Kotlin中是默认不可为null的，这使得Kotlin对来自Java的对象要求严格空安全是不现实的。Java声明的类型在Kotlin中会被特别对待，称之为平台类型。对这种类型的空检查会放宽，因此他们的安全保证与Java中是相同的。

看下面的例子：

public class Person{
public String getName(){
return null;
}
}
val person = Person()
val name = person.name // 编译通过 运行值为null
name本是非null变量，因为调用Java对象所以变成平台类型，放宽了类型空检查。

当然，如果你想要延续Kotlin严格空安全机制的话，可是有办法滴。我们需要在编写Java代码时加上@NotNull注解，这个很熟悉吧，在介绍空安全机制的时候说过Kotlin在实现默认非null属性就是这么实现的。然后代码就变成了这样，

public class Person{
public @NotNull String getName(){
return null;
}
}
然后在运行的时候就会报以下的错误：

Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: @NotNull method Person.getName must not return null
at Person.$$$reportNull$$$0(Person.java)
at Person.getName(Person.java:9)
at MainKt.main(main.kt:7)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:147)
总结
总而言之，经过短短一个月的Kotlin使用，在实际项目中开发展现出的特性应用是让我感到兴奋的。作为一名开发者，在我眼里，Kotlin设计出来不是抛开Java谈的，而是在Java的毛病的基础上，进行的再开发，拥有很多其他语言优秀的特性，同时完全兼容Java。毕竟，对于一家大企业来讲，为了一门新语言完全摒弃一个很成熟的项目进行再开发是不现实的。相反的是，对于项目中Java难于处理的逻辑，Kotlin的优势一览无余，相辅相成，Kotlin和Java配合使用时目前最完美的方案。

但不可否认的是，Kotlin真的让人感到潜力十足，值得大家去试一试。

参考资料：

1.http://kotlinlang.org/docs/reference/java-interop.html

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