补充第11期作业：Long.fastUUID与UUID.toString之间的关系
一 UUID.toString方法与Long.fastUUID方法的关联
- UUID类
public final class UUID implements java.io.Serializable, Comparable<UUID> {
public static UUID randomUUID() {
SecureRandom ng = Holder.numberGenerator;
byte[] randomBytes = new byte[16];
ng.nextBytes(randomBytes); // 真正生成随机数的地方
randomBytes[6] &= 0x0f; /* clear version */
randomBytes[6] |= 0x40; /* set to version 4 */
randomBytes[8] &= 0x3f; /* clear variant */
randomBytes[8] |= 0x80; /* set to IETF variant */
return new UUID(randomBytes);
}
/*
* The random number generator used by this class to create random
* based UUIDs. In a holder class to defer initialization until needed.
*/
private static class Holder {
static final SecureRandom numberGenerator = new SecureRandom();
}
/*
* The most significant 64 bits of this UUID.
* @serial
*/
private final long mostSigBits;
/*
* The least significant 64 bits of this UUID.
* @serial
*/
private final long leastSigBits;
private UUID(byte[] data) {
long msb = 0;
long lsb = 0;
assert data.length == 16 : "data must be 16 bytes in length";
// long的64位： 8位 8位 8位 8位 8位 8位 8位 8位 8位
// 简单说：msb = data[0] ...... ...... data[7]
for (int i=0; i<8; i++)
msb = (msb << 8) | (data[i] & 0xff);
// long的64位： 8位 8位 8位 8位 8位 8位 8位 8位 8位
// 简单说：lsb = data[8] ...... ...... data[15]
for (int i=8; i<16; i++)
lsb = (lsb << 8) | (data[i] & 0xff);
this.mostSigBits = msb;
this.leastSigBits = lsb;
}
// SharedSecrets javaLangAccess变量什么时候设置进去？
// 答案是System
private static final JavaLangAccess jla = SharedSecrets.getJavaLangAccess();
public String toString() {
return jla.fastUUID(leastSigBits, mostSigBits);// 实际调用了Long.fastUUID方法
}
}
public final class System {
/**
* Initialize the system class. Called after thread initialization.
*/
private static void initPhase1() {
// ...
setJavaLangAccess();
// ...
}
private static void setJavaLangAccess() {
// Allow privileged classes outside of java.lang
// 匿名内部类注册
SharedSecrets.setJavaLangAccess(new JavaLangAccess() {
// ......
public String fastUUID(long lsb, long msb) {
return Long.fastUUID(lsb, msb);
}
});
}
}
public final class Long extends Number implements Comparable<Long> {
// 其实就是提供UUID的toString方法.......
static String fastUUID(long lsb, long msb) {
if (COMPACT_STRINGS) {
byte[] buf = new byte[36];
formatUnsignedLong0(lsb, 4, buf, 24, 12);
formatUnsignedLong0(lsb >>> 48, 4, buf, 19, 4);
formatUnsignedLong0(msb, 4, buf, 14, 4);
formatUnsignedLong0(msb >>> 16, 4, buf, 9, 4);
formatUnsignedLong0(msb >>> 32, 4, buf, 0, 8);
buf[23] = '-';
buf[18] = '-';
buf[13] = '-';
buf[8] = '-';
return new String(buf, LATIN1);
} else {
byte[] buf = new byte[72];
formatUnsignedLong0UTF16(lsb, 4, buf, 24, 12);
formatUnsignedLong0UTF16(lsb >>> 48, 4, buf, 19, 4);
formatUnsignedLong0UTF16(msb, 4, buf, 14, 4);
formatUnsignedLong0UTF16(msb >>> 16, 4, buf, 9, 4);
formatUnsignedLong0UTF16(msb >>> 32, 4, buf, 0, 8);
StringUTF16.putChar(buf, 23, '-');
StringUTF16.putChar(buf, 18, '-');
StringUTF16.putChar(buf, 13, '-');
StringUTF16.putChar(buf, 8, '-');
return new String(buf, UTF16);
}
}
}
- UUID的组成部分
UUID = time-low "-" time-mid "-" time-high-and-version "-" clock-seq-and-reserved clock-seq-low "-" node
time-low = 4hexOctet
time-mid = 2hexOctet
time-high-and-version = 2hexOctet
clock-seq-and-reserved = hexOctet
clock-seq-low = hexOctet
node = 6hexOctet
hexOctet = hexDigit hexDigit
hexDigit =
"0" / "1" / "2" / "3" / "4" / "5" / "6" / "7" / "8" / "9" /
"a" / "b" / "c" / "d" / "e" / "f" /
"A" / "B" / "C" / "D" / "E" / "F"
二 Java加密体系结构（JCA）
参考：https://blog.csdn.net/u012741741/article/details/79209984
这篇译文很好，不过本文不是为了讲解加密体系，所以尽量只获取最少的额外知识点来完成UUID.randomUUID的剖析
1 介绍
- JAVA平台强调安全性，包含内容很多如：语言安全，密码学，公钥基础设施，认证，安全通信和访问控制。
- JCA是JAVA平台的一部分，提供一个“Provider”体系结构和一组用于数字签名，消息摘要（哈希），证书和证书验证，加密（对称/非对称块/流密码），密钥生成管理和安全随机数生成等等。有了这些API，开发人员可以轻松将安全性集成到自己的应用中。
- JCA设计原则：
- 实现独立性：应用程序不需要自己实现安全性，它们可以从Java平台请求安全服务。
- 实现互操作性：Provider不需要绑定到固定的应用中，应用也不需要绑定特定的Provider。
- 算法可拓展性： Java平台包含许多内置的Provider，这些Provider实现了当今广泛使用的一组基本的安全服务 。但也许有些应用希望集成新兴的算法。
2 UUID中涉及JCA的类
- SecureRandom：它是一个随机数生成器（RNG），同时是JCA中的其中一个引擎类。引擎类为特定类型的密码服务提供接口，而不依赖于特定的密码算法或提供者。
- SecureRandomSpi：该类定义了SecureRandom的服务提供者接口（SPI），意味着为SecureRandom提供具体实现的生成器需要实现该类的所有方法。
- DRBG：它实现了"SecureRandom.DRBG"算法，是SecureRandom的其中一个随机数生成器实现。
- Provider：该类表示Java安全API的“提供者”，其中某个具体提供者需要实现Java安全的部分或全部部分。
- Sun：Sun的安全提供者，Provider的子类。
- Provider.Service：Provider的内部类，封装SPI的具体实现类，通过Service能够找到具体的实现类
3 SecureRandom的具体实现类追寻
（1）找出Jdk中有许多Providers，许多官方的，或者第三方添加。如：Sun、SunJCE、JdkLDAP、XMLLDSig等
（2）顺序遍历Providers并解析Providers中提供的算法为Services，如：
- SecureRandom.DRBG -> sun.security.provider.DRBG
- MessageDigest.SHA -> sun.security.provider.SHA
- Alg.Alias.KeyPairGenerator.1.2.8400.10040.4.1 -> DSA
- Alg.Alias.CertificateFactory.X509 -> X.509
- Provider.id info -> SUN(DSA key/parameter generation; DSA signing; SHA-1 , MD5...)
- .....
（3）发现DRBG是SecureRandom的具体提供者
（4）根据DRBG的全类名创建对象并返回使用
4 通过代码跟踪看看
public class SecureRandom extends java.util.Random {
public SecureRandom() {
super(0);
getDefaultPRNG(false, null);
this.threadSafe = getThreadSafe();
}
private void getDefaultPRNG(boolean setSeed, byte[] seed) {
String prng = getPrngAlgorithm(); // 返回"DRBG"
if (prng == null) {
prng = "SHA1PRNG";
this.secureRandomSpi = new sun.security.provider.SecureRandom();
this.provider = Providers.getSunProvider();
if (setSeed) this.secureRandomSpi.engineSetSeed(seed);
} else {
try {
SecureRandom random = SecureRandom.getInstance(prng);
this.secureRandomSpi = random.getSecureRandomSpi();
this.provider = random.getProvider();
if (setSeed) {
this.secureRandomSpi.engineSetSeed(seed);
}
} catch (NoSuchAlgorithmException nsae) {
throw new RuntimeException(nsae);
}
}
if (getClass() == SecureRandom.class) {
this.algorithm = prng;
}
}
private static String getPrngAlgorithm() {
for (Provider p : Providers.getProviderList().providers()) {
for (Service s : p.getServices()) {
if (s.getType().equals("SecureRandom")) return s.getAlgorithm();
}
}
return null;
}
public static SecureRandom getInstance(String algorithm) throws NoSuchAlgorithmException {
Instance instance = GetInstance.getInstance("SecureRandom",
SecureRandomSpi.class,
algorithm);
return new SecureRandom((SecureRandomSpi)instance.impl,
instance.provider, algorithm);
}
}
public class GetInstance {
public static Instance getInstance(String type, Class<?> clazz,
String algorithm) throws NoSuchAlgorithmException {
ProviderList list = Providers.getProviderList();
Service firstService = list.getService(type, algorithm);
return getInstance(firstService, clazz);
}
public static Instance getInstance(Service s, Class<?> clazz)
throws NoSuchAlgorithmException {
Object instance = s.newInstance(null);
return new Instance(s.getProvider(), instance);
}
}
public class Provider{
public class Service{
public Object newInstance(Object constructorParameter)
throws NoSuchAlgorithmException {
Class<?> ctrParamClz;
EngineDescription cap = knownEngines.get(type);
if (cap == null) {
ctrParamClz = constructorParameter == null?
null : constructorParameter.getClass();
} else {
ctrParamClz = cap.constructorParameterClassName == null?
null : Class.forName(cap.constructorParameterClassName);
}
return newInstanceUtil(getImplClass(), ctrParamClz, constructorParameter);
}
// 返回class sun.security.provider.DRBG
// return the implementation Class object for this service
private Class<?> getImplClass() throws NoSuchAlgorithmException {
Reference<Class<?>> ref = classRef;
Class<?> clazz = (ref == null) ? null : ref.get();
ClassLoader cl = provider.getClass().getClassLoader();
if (cl == null) {
clazz = Class.forName(className);//className为sun.security.provider.DRBG
} else {
clazz = cl.loadClass(className);
}
classRef = new WeakReference<>(clazz);
return clazz;
}
}
private static Object newInstanceUtil(final Class<?> clazz,
final Class<?> ctrParamClz, final Object ctorParamObj)
throws Exception {
if (ctrParamClz == null) {
Constructor<?> con = clazz.getConstructor();
// 最后就是构造器的newInstance
return con.newInstance();
} else {
Constructor<?> con = clazz.getConstructor(ctrParamClz);
return con.newInstance(ctorParamObj);
}
}
}
