Retrotranslator：跨越JDK版本。

╰半橙微兮° 2022-01-22 00:57 259阅读 0赞

一般来说，以“做项目”为主的软件公司比较容易更新技术，在下一个项目中换一个技术框架、升级到最新的JDK版本，甚至把Java换成C\#、C++来开发程序都是有可能的。但当公司发展壮大，技术有所积累，逐渐成为以“做产品”为主的软件公司后，自主选择技术的权力就会丧失掉，因为之前所积累的代码和技术都是用真金白银换来的，一个稳健的团队也不会随意的改变底层的技术。然而在飞速发展的程序设计领域，新技术总是日新月异、层出不穷，偏偏这些新技术又如鲜花之于蜜蜂一样，对程序员散发着天然的吸引力。  
在Java世界里，每一次JDK大版本的发布，都伴随着一场大规模的技术革新，而对Java程序编写习惯改变最大的，无疑是JDK 1.5发布。自动装箱、反省、动态注解、枚举、变长参数、遍历循环（foreach循环）...事实上，在没有这些语法特性的年代，Java程序也照样能写，但是现在看来，上述每一种语法的改进几乎都是“必不可少”的。就如同习惯了24寸液晶显示器的程序员，很难习惯在15寸纯平显示器上编写代码。但假如“不幸”因为要保护现有投资、维持程序结构稳定等，必须使用1.5以前版本的JDK呢？我们没有办法把15寸显示器变成24寸的，但却可以跨越JDK版本之间的沟壑，把JDK 1.5中编写的代码放到JDK 1.4或1.3的环境中去部署使用。为了解决这个问题，一种名为“Java逆向移植”的工具（Java Backporting Tools）应运而生，Retrotranslator是这类工具中较为出色的一个。  
Retrotranslator的作用是将JDK 1.5编译出来的Class文件转变为在JDK 1.4huo1.3上部署的版本，他可以很好的支持自动装箱、泛型、动态注解、枚举、变长参数、遍历循环、静态导入这些语法特性，甚至还可以支持JDK 1.5中新增的集合改进、并发包以及对泛型、注解等的反射操作。了解了Retrotranslator这种逆向移植工具可以做什么以后，现在关心的是他是怎么做到的？  
要想知道Retrotranslator如何在旧版本JDK中模拟新版本JDK的功能，首先要弄清楚JDK升级中会提供哪些新的功能。JDK每次升级新增的功能大致可以分为以下4类：

*  在编译器层面做的改进。如自动装箱拆箱，实际上就是编译器在程序中使用到包装对象的地方自动插入了很多Integer.valueOf()、Float.valueOf()之类的代码；变长参数在编译之后就自动转化成了一个数组来完成参数传递；泛型的信息则在编译阶段就已经拆除掉了（但是在元数据中还保留着），相应的地方被编译器自动插入了类型转换代码。
 *  对Java API的代码增强。譬如JDK 1.2试代引入的java.util.Collections等一系列集合类，在JDK 1.5试代引入的java.util.concurrent并发包等。
 *  需要在字节码中进行支持的改动。如JDK 1.7里面新加入的语法特性：动态语言支持，就需要在虚拟机中新增一条invokedynamic字节码指令来实现相关的调用功能。不过字节码指令集一直处于相对比较稳定的状态，这种需要在节码层面直接进行的改动是比较少见的。
 *  虚拟机内部的改进。如JDK 1.5中实现的JSR-133规范重新定义的Java内存模型（Java Memory Model，JMM）、CMS收集器之类的改动，这类改动对于程序员编写代码基本是透明的，但会对程序运行时产生影响。

上述4类新功能中，Retrotranslator只能模拟前两类，对于后面两类直接在虚拟机内部实现的改进，一般所有的逆向移植工具都是无能为力的，至少不能完整的或者在可接受的效率上完成全部模拟，否则虚拟机设计团队也没有必要舍近求远的改动处于JDK底层的虚拟机。  
在可以模拟的两类功能中，第二类模拟相对更容易实现一些，如JDK 1.5引入的java.util.concurrent包，实际是由多线程大师Doug Lea开发的一套并发包，在JDK 1.5出现之前就已经存在，所以要在旧的JDK中支持这部分功能，以独立类库的方式便可四号线。Retrotranslator中附带了一个名为“backport-util-concurrent.jar”的类库（由另一个名为“Backport JSR 166”的项目tigong ）来代替JDK 1.5的并发包.

至于JDK在编译阶段进行处理的那些改进，Retrotranslator则是使用ASM框架直接对字节码进行处理。由于组成Class文件的字节码指令数量并没有改变，所以无论是JDK 1.3、JDK 1.4还是JDK 1.5，能用字节码表达的语义范围应该是一致的。当然，肯定不可能简单地把Class的文件版本号从49.0改回48.0就能解决问题了，虽然字节码指令的数量没有变化，但是元数据信息和一些语法支持的内容还是要做相应的修改。以枚举为例，在JDK 1.5中增加了enum关键字，但是Class文件常量池的CONSTANT\_Class\_info类型常量并没有发生任何语义变化，仍然是代表一个类或接口的符号引用，没有加入枚举，也没有增加“CONSTANT\_Enum\_info”之类的“枚举符号引用”常量。所以使用enum关键字定义常量，虽然从Java语法上看起来与使用class关键字定义类、使用interface关键字定义接口是同一层次的，但实际上这是由Javac编译器做出来的假象，从字节码的角度来看，枚举仅仅是一个继承于java.lang.Enum、自动生成了values()和valueOf()方法的普通Java类而已。  
Retrotranslator对枚举所做的主要处理就是把枚举类的父类从“java.lang.Enum”替换为他运行时类库中包含的“net.sf.retrotranslator.runtime.java.lang.Enum\_”，然后再在类和字段的访问标志中抹去ACC\_ENUM标志位。当然，这只是处理的总体思路，具体的实现要比上面说的复杂得多。可以想想既然两个父类实现都不一样，values()和valueOf()的方法自然需要重写，常量池需要引入大量新的来自父类的符号引用，这些都是实现细节。下图是一个使用JDK 1.5编译的枚举类与被Retrotranslator转换处理后的字节码的对比图。

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