JAVA中assertion详解

一、assertion的语法和语义

assertion(断言)在软件开发中是一种常用的调试方式，很多开发语言中都支持这种机制，如C，C++和Eiffel等，但是支持的形式不尽相同，有的是通过语言本身、有的是通过库函数等。

MyEclipse打开断言的开关：

在myEclipse中
Windows--> Preferences--->Java--->Installed JREs--->点击正使用的JDK--->Edit--->
Default VM Arguments文本框中输入:-ea

语法：

1、assert <boolean表达式>

如果<boolean表达式>为true，则程序继续执行。

如果为false，则程序抛出AssertionError，并终止执行。

 

2、assert <boolean表达式> : <错误信息表达式>

如果<boolean表达式>为true，则程序继续执行。

如果为false，则程序抛出java.lang.AssertionError，并输入<错误信息表达式>。

注意：一种特殊情况是，如果在计算表达式时，表达式本身抛出Exception，那么assert将停止运行，而抛出这个Exception。

 运行

  由于带有assert语句的程序运行时，使用了新的ClassLoader和Class类，因此，这种程序必须在JDK1.4(或者更高版本)的JRE下运行，而不能在老版本的JRE下运行。为了避免和老版本的Java代码中使用了assert关键字导致错误，Java在执行的时候默认是不启动断言检查的（这个时候，所有的断言语句都将忽略）。我们可以选择开启assertion功能，或者不开启，也可以开启一部分类或包的assertion功能。通过这些选项，我们可以过滤所有我们不关心的类，只选择我们关心的类或包来观察。下面介绍两类参数：

1. 参数 -esa 和 -dsa：
   它们含义为开启(关闭)系统类的assertion功能。
   -esa和-dsa的全名为-enablesystemassertions和-disenablesystemassertions，全名和缩写名有同样的功能。
2. 参数 -ea和-ea：
   它们含义为开启(关闭)用户类的assertion功能：通过这个参数，用户可以打开某些类或包的assertion功能，同样用户也可以关闭某些类和包的assertion功能。
   -ea和-da的全名为-enableassertions和-disenableassertions，全名和缩写名有同样的功能。
   下面表格表示了参数及其含义，并有例子说明如何使用。
   　

参数

例子

说明

-ea

java -ea

打开所有用户类的assertion

-da

java -da

关闭所有用户类的assertion

-ea:<classname>

java -ea:MyClass1

打开MyClass1的assertion

-da:<classname>

java -da: MyClass1

关闭MyClass1的assertion

-ea:<packagename>

java -ea:pkg1

打开pkg1包的assertion

-da:<packagename>

java -da:pkg1

关闭pkg1包的assertion

-ea:...

java -ea:...

打开缺省包(无名包)的assertion

-da:...

java -da:...

关闭缺省包(无名包)的assertion

-ea:<packagename>...

java -ea:pkg1...

打开pkg1包和其子包的assertion

-da:<packagename>...

java -da:pkg1...

关闭pkg1包和其子包的assertion

-esa

java -esa

打开系统类的assertion

-dsa

java -dsa

关闭系统类的assertion

综合使用

java -dsa:MyClass1:pkg1

关闭MyClass1和pkg1包的assertion

3. 其中...代表，此包和其子包的含义。例如我们有两个包为pkg1和pkg1.subpkg。那么pkg1...就代表pkg1和pkg1.subpkg两个包。
   另外，Java为了让程序也能够动态开启和关闭某些类和包的assertion功能，Java修该了Class和ClassLoader的实现，增加了几个用于操作assert的API。下面简单说明一下几个API的作用。
   ClassLoader类中的几个相关的API:
   　setDefaultAssertionStatus:用于开启/关闭assertion功能
   　setPackageAssertionStatus:用于开启/关闭某些包的assertion功能
   　setClassAssertionStatus: 用于开启/关闭某些类的assertion功能
   　clearAssertionStatus：用于关闭assertion功能
   　

二、设计问题

Java的assertion的开启也和C语言不太一样，我们都知道在C语言中，assertion的开启是在编译时候决定的。当我们使用debug方式编译程序时候，assertion被开启，而使用release方式编译时候，assertion自动被关闭。而Java的assertion却是在运行的时候进行决定的。其实，这两种方式是各有优缺点。如果采用编译时决定方式，开发人员将处理两种类型的目标码，debug版本和release版本，这加大了文档管理的难度，但是提高了代码的运行效率。Java采用运行时决定的方式，这样所有的assertion信息将置于目标代码中，同一目标代码可以选择不同方式运行，增强目标代码的灵活性，但是它将牺牲因为assertion而引起一部分性能损失。Java专家小组认为，所牺牲的性能相当小，因此java采用了运行时决定方式。

另外，我们注意到AssertionError作为Error的一个子类，而不是RuntimeException。关于这一点，专家组也进行了长期的讨论。Error代表一些异常的错误，通常是不可以恢复的，而RuntimeException强调该错误在运行时才发生的特点。AssertionError通常为非常关键的错误，这些错误往往是不容易恢复的，而且assertion机制也不鼓励程序员对这种错误进行恢复。因此，为了强调assertion的含义，Java专家小组选择了让AssertError为Error的子类。

三、assertion与继承

下面的例子将显示如果一个assert语句在父类，而当它的子类调用它时，该assert为false。我们看看在不同的情况下，该assertion是否被处理。

class Base{

             public void baseMethod(){

                      assert      false : "Assertion failed:This isbase ";// 总是assertion失败

                      System.out.println("BaseMethod");

            }

}

class Derived extends Base {

           public void derivedMethod(){

                    assert false: "Assertionfailed:This is derive";// 总是assertion失败

                    System.out.println( "DerivedMethod" );

           }

          public static void main( String[]args ){

                    try{

                             Derived derived = new Derived();

                             derived.baseMethod(  );

                             derived.derivedMethod();

                     }catch( AssertionError ae ){

                            System.out.println(ae);

                     }

            }

}

 

运行命令

含义

结果

Java -ea

开启所有assertion

Java.lang.AssertionError:Assertion

Failed:This is base

Java -da

关闭所有assertion

Base Method
Derived Method

Java -ea:Base

仅打开Base的assertion

Java.lang.AssertionError:Assertion

Failed:This is base

Java -ea:Derived

仅打开Derived的assertion

Base Method
Java.lang.AssertionError:Assertion

Failed:This is derived

       从这个例子我们可以看出，父类的assert语句将只有在父类的assert开启才起作用，如果仅仅开启子类的assert，父类的assert仍然不运行。例如，我们执行java -ea:Derived Derived的时候，Base类的assert语句并不执行。因此，我们可以认为，assert语句不具有继承功能。

四、使用

assertion的使用是一个复杂的问题，因为这将涉及到程序的风格，assertion运用的目标，程序的性质等问题。通常来说，assertion用于检查一些关键的值，并且这些值对整个程序，或者局部功能的完成有很大的影响，并且这种错误不容易恢复的。assertion表达式应该短小、易懂，如果需要评估复杂的表达式，应该使用函数计算。以下是一些使用assertion的情况的例子，这些方式可以让java程序的可靠性更高。

1. 检查控制流； 在if-then-else和swith-case语句中，我们可以在不应该发生的控制支流上加上assert false语句。如果这种情况发生了，assert能够检查出来。
   例如：x取值只能使1,2,3，我们的程序可以如下表示
   　

        switch (x)

    { case 1: …;

    case 2: …;

    case 3: …

    default: assert false:"x value isinvalid: "+x;

    }

2. 在私有函数计算前，检查输入参数是否有效；对于一私有些函数，要求输入满足一些特定的条件，那么我们可以在函数开始处使用assert进行参数检查。对于公共函数，我们通常不使用assertion检查，因为一般来说，公共函数必须对无效的参数进行检查和处理。而私有函数往往是直接使用的。
   例如：某函数可能要求输入的参数必须不为null。那么我们可以在函数的一开始加上 assert parameter1!=null : "paramerter is null in test method";
3. 在函数计算后，检查函数结果是否有效；对于一些计算函数，函数运行完成后，某些值需要保证一定的性质，因此我们可以通过assert检查该值。
   例如，我们有一个计算绝对值的函数，那么我们就可以在函数的结果处，加上一个语句：
   　

assert  value>=0:"Value should be bigger than0:"+value;

通过这种方式，我们可以对函数计算完的结果进行检查。

4. 检查程序不变量；有些程序中，存在一些不变量，在程序的运行生命周期，这些不变量的值都是不变的。这些不变量可能是一个简单表达式，也可能是一个复杂的表达式。对于一些关键的不变量，我们可以通过assert进行检查。
   例如，在一个财会系统中，公司的支出和收入必须保持一定的平衡关系，因此我们可以编写一个表达式检查这种平衡关系，如下表示。
   　

 private boolean isBalance() {

    ……

  }

在这个系统中，在一些可能影响这种平衡关系的方法的前后，我们都可以加上assert验证：assert isBalance():"balance is destoried";