Contract，开发者和 Kotlin 编译器之间的契约
相比 Java，使用 Kotlin 编程的时候，我们和kotlin编译器的交互行为会更多一些，比如我们可以通过inline来控制字节码的输出结果，使用注解也可以修改编译输出的class文件。
这里介绍一个和kotlin编译器更加好玩的特性，contract。可以理解成中文里面的契约。
不够智能的 Kotlin 编译器
Kotlin编译器向来是比较智能的，比如做类型推断和smart cast等。但是有些时候，显得不是那么智能，比如下面的这段代码
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | data class News(val publisherId: Int, val title: String) //检查标题是否合法，如果title为null或者内容为空返回false fun News?.isTitleValid(): Boolean { return this != null && title.isNotEmpty() } fun testNewsTitleValid(news: News?) { if (news.isTitleValid()) { news.title //编译失败 并报错 //Only safe (?.) or non-null asserted (!!.) calls //are allowed on a nullable receiver of type News? } } |
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上面的代码会让我们觉得Kotlin编译器很不智能，甚至是有些笨拙。
news.isTitleValid()返回true，我们可以推测出news.title不为null，也能推断出news不为null- 但是即使这样，我们使用
news.title会导致编译报错Only safe (?.) or non-null asserted (!!.) calls are allowed on a nullable receiver of type News? - 所以，想要编译通过，我们要么继续使用
news?.title或者是news!!.title，但无论哪一种都不够优雅
所以不争的结论就是，Kotlin编译器在if语句内部无法推断news是非null的。
为什么 Kotlin编译器不能推断出来呢
可能有人会想，我觉得挺简单的啊，应该可以推断出来吧。
是的，如果仅仅以例子中如此简单的实现，大家都会觉得可以推断出来
但是
- 现实中的实践代码往往会比上面的复杂，比如涉及到多个调用和更加复杂的方法体实现等等
- 纵使可以做到，编译器也需要花费资源和时间来分析上下文，这其中随着层级加深，资源消耗和编译耗时也会增加。
所以，不能推断也是有对应的考虑的。
契约是什么
所以我们面临的现实情况是
- 作为开发者，我们了解较多的情况，比如
News?.isTitleValid返回true，代表News实例不为null - 而编译器，由于上面的原因或者其他原因，不知道足够的信息，无法做到和开发者一样做相同的推断
于是，开发者和编译器之间可以建立一个这样的契约
- 开发者将关于方法的额外信息提供给编译器，还是以
News?.isTitleValid返回true，代表News实例不为null为例 - 编译器在编译的时候，发现
News?.isTitleValid为true后，按照开发者预期，转换成非空的News实例，让开发者可以直接调用
而 Kotlin 从1.3版本引入了Contract(契约)，用来解决我们刚刚提到的问题。
应用契约
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | @ExperimentalContracts fun News?.isTitleValid(): Boolean { //contract 开始 contract { returns(true) implies (this@isTitleValid is News) } //contract 结束 return this != null && title.isNotEmpty() } @ExperimentalContracts fun testNewsTitleValid(news: News?) { if (news?.isTitleValid() == true) { news.title } } |
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关于上面代码的一些简单解释
- contract 采用DSL方式声明
returns(true) implies ([email protected]is News)代表如果方法返回(returns) true，表明(implies)[email protected]是News实例，而不是News?的实例，即[email protected]为非null- 声明使用Contract的方法和其被调用的方法都需要使用
@ExperimentalContracts（后面章节会提到）
其他的契约实现
上面的契约为returns(true) implies，除此之外，还有
- returns(false) implies
- returns(null) implies
- returns implies
- returnsNotNull implies
- callsInPlace
returns(false) implies
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | @ExperimentalContracts fun News?.isFake(): Boolean { contract { returns(false) implies (this@isFake is News) } return this == null || this.publisherId == 1980 } @ExperimentalContracts fun testNewsIsFake(news: News?) { if (news.isFake()) { news?.title } else { news.title } } |
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- 当方法
News?.isFake返回false，则表明[email protected]是News实例，非null
return(null) implies
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 | @ExperimentalContracts fun News?.copy(): Any? { contract { returns(null) implies (this@copy is News) } return if (this == null) { "EMPTY" } else { null } } @ExperimentalContracts fun testNewsCopy(news: News?) { if (news.copy() == null) { news.title } else { news?.title } } |
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- 当方法
News?.copy返回null时，[email protected]是News实例，非null
returns implies
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | @ExperimentalContracts fun News?.validate() { contract { returns() implies (this@validate is News) } if (this == null) { throw IllegalStateException("null instance") } if (publisherId < 0) { throw IllegalStateException("publisherId is less than 0") } if (title.isEmpty()) { throw IllegalStateException("title is empty") } } @ExperimentalContracts fun testNewsValidate(news: News?) { news.validate() news.title } |
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- 如果方法
News?.validate()顺利执行完毕，不抛出异常，则[email protected]是News实例，非null
returnsNotNull implies
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | @ExperimentalContracts fun News?.getTitleHashCode(): Int? { contract { returnsNotNull() implies (this@getTitleHashCode is News) } return this?.title?.hashCode() } @ExperimentalContracts fun testNewsGetTitleHashCode(news: News?) { if (news.getTitleHashCode() != null) { news.title } else { news?.title } } |
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- 如果
News?.getTitleHashCode()返回为非null，则[email protected]是News实例，非null
callsInPlace 原地调用
callsInPlace(lambda, kind)和之前的契约不同，它让我们有能力告知编译器，lambda在什么时候，什么地方，以及执行次数等信息。
同样，我们继续看这样一段代码
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 | package com.example.androidcontractsample fun getAppVersion() { val appVersion: Int safeRun { appVersion = 50 } } //安全运行runFunction,捕获异常 inline fun safeRun(runFunction: () -> Unit) { try { runFunction.invoke() } catch(t: Throwable) { t.printStackTrace() } } |
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当我们执行编译的时候，会得到这样的错误信息Captured values initialization is forbidden due to possible reassignment
因为上面的代码，也存在这里开发者知道一些信息，而编译器不知道的情况
对于编译器来说
- 无法确定
runFunction实参是否会执行 - 无法确定
runFunction实参是否只执行一次还是多次(val赋值多次会出错) - 无法确定
runFunction实参执行时，是否getappVersion已经执行完毕
可能的结果
runFunction没有执行，appVersion处于未初始化状态runFunction执行多次，appVersion被多次赋值，对于val是禁止的。
改进方案
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | import kotlin.contracts.ExperimentalContracts import kotlin.contracts.InvocationKind import kotlin.contracts.contract @ExperimentalContracts fun getAppVersion() { val appVersion: Int safeRun { appVersion = 50 } } @ExperimentalContracts fun safeRun(runFunction: () -> Unit) { contract { //使用EXACTLY_ONCE callsInPlace(runFunction, InvocationKind.EXACTLY_ONCE) } try { runFunction() } catch (t: Throwable) { t.printStackTrace() } } |
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通过契约上面的代码实现了
safeRun会在getAppVersion执行的过程中执行，不会等到getAppVersion执行完毕后执行safeRun会确保runFunction只会执行一次，不会多次执行
注意：官方说使用callsInPlace作用的方法必须inline(A function declaring the callsInPlace effect must be inline.)。但是经过验证不inline也没有问题，只是对应的实现方式不同。
除此之外，上面提到的InvocationKind 有这样几个变量
- AT_MOST_ONCE 做多调用一次
- EXACTLY_ONCE 只调用一次
- AT_LEAST_ONCE 最少执行一次
- UNKNOWN (the default). 未知，默认值
应用Contract的问题
由于目前Contract还处于实验阶段，需要使用相关的注解来表明开发者明确这一特性（以后可能修改，并自愿承担相应的变动和后果）。
目前我们可以使用UseExperimental和ExperimentalContracts两种注解，以下为具体的使用示例。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 | @UseExperimental(ExperimentalContracts::class) fun String?.isOK(): Boolean { contract { returns(true) implies(this@isOK is String) } return this != null && this.isNotEmpty() } @ExperimentalContracts fun String?.isGood(): Boolean { contract { returns(true) implies(this@isGood is String) } return this != null && this.isNotEmpty() } |
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非 Android项目
对于非 Android项目，会有另外一个非注解的方式，那就是为模块增加编译选项。如下图。
当然，你也可以在模块的配置文件，增加-Xuse-experimental=kotlin.contracts.ExperimentalContracts到compilerSettings的additionalArguments中。
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当方法行为与契约不符
- 这种情况是可能且容易出现的，因为Contract并没有校验机制处理。
- 当这种情况出现，就意味着我们向编译器提供了虚假的辅助信息
- 一旦问题出现，对应的结果结果就是导致应用运行时崩溃。
比如下面的例子，我们的方法与契约不符
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 | @ExperimentalContracts fun validateByMistake(news: News?): Boolean { contract { returns(true) implies (news is News) } return true } @ExperimentalContracts fun testValidateByMistake(news: News?) { if (validateByMistake(news)) { news.title } } |
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当然随之而来的就是运行时的崩溃
1 2 3 4 5 6 7 8 | java.lang.NullPointerException: Attempt to invoke virtual method 'java.lang.String com.example.androidcontractsample.News.getTitle()' on a null object reference at com.example.androidcontractsample.NewsKt.testValidateByMistake(News.kt:91) at com.example.androidcontractsample.MainActivity.onCreate(MainActivity.kt:13) at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:7698) at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:7687) at android.app.Instrumentation.callActivityOnCreate(Instrumentation.java:1299) at android.app.ActivityThread.performLaunchActivity(ActivityThread.java:3096) ... 11 more |
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所以作为开发者，我们需要小心谨慎避免犯这种错误。
注意事项
- Contract 自1.3才引入，而且是实验性的功能,未来的实现方式可能会有变动
- Contract 目前只适用于top-level的方法，否则将会编译失败
Contract 如今还是实验功能，用还是不用
- 是的，正如前面提到的Contract属于实验阶段，后期的规划，可能是作为正式功能引入还是变更实施方案，还是相对未知的。
- 但是仅以个人的观点来看，还是推荐使用的。因为我觉得有些技术不需要等到稳定或者正式阶段就可以应用。