Наложение ограничений или ограничений на тело метода, в Java

Контекст (Изменить)

Некоторые разъяснения были по требованию, поэтому я постараюсь подвести итог тому, что влияет на вопрос.

• Цель проекта - предоставить определенную функциональность программистам, скорее всего, в виде библиотеки (JAR с файлами классов, я думаю).

• Чтобы использовать указанную функциональность, программисты должны были бы соответствовать ограничениям, которые должны (должны) быть удовлетворены. В противном случае он не будет функционировать должным образом (как блокировки от java.util.concurrent, которые должны быть получены/освобождены в соответствующее время и место).

• Этот код не будет точкой входа в приложения, использующие его (т.е. не имеет main).

• В API существует ограниченное (и небольшое) количество операций.

<сильные > Примеры:

• Подумайте о небольшой игре, где почти все реализовано и управляется уже реализованными классами. Единственное, что осталось для программиста - написать метод или пару из них, которые описывают, что будет делать персонаж (ходить, менять направление, останавливать, проверять объект). Я хотел бы убедиться, что их методы (возможно, отмеченные аннотацией?) Просто walk или changeDirection, или вычисляют diff = desiredValue - x, а не, скажем, пишут в какой-либо файл или открывают соединение сокета.

• Подумайте о менеджере транзакций. Менеджер будет предоставлен этой библиотекой, а также некоторые постоянные атрибуты транзакций (их уровень изоляции, тайм-ауты,...). Теперь программисты хотели бы иметь транзакции и использовать этого менеджера. Я хотел бы убедиться, что они только read, write, commit или rollback на некоторых ресурсах, известных менеджеру. Я бы не хотел, чтобы они были launchRocket в середине транзакции, если менеджер не контролирует запуск каких-либо ракет.

Проблема

Я хочу наложить некоторые инварианты/ограничения/ограничения на тело метода (или группы методов), которые позднее будут реализованы каким-либо другим программистом, в некоторых других пакетах/местоположениях. Скажем, я даю им что-то вроде:

public abstract class ToBeExtended {
    // some private stuff they should not modify
    // ...
    public abstract SomeReturnType safeMethod();
}

Для целей этого проекта важно (возможно, обязательное), чтобы тело метода удовлетворяло некоторым инвариантам. Вернее, крайне важно, чтобы набор команд, используемых в этом методе, ограничен. Примеры этих ограничений:

• Этот метод не должен выполнять никаких операций ввода-вывода.
• Этот метод не должен создавать какие-либо неизвестные (потенциально опасные) объекты.
• ...

Поставьте другой способ:

• Этот метод может вызывать методы известного (определенного) класса.
• Этот метод может выполнять некоторые основные инструкции (математика, назначение локальных переменных, if s, циклы...).

Я просматривал аннотации, и, похоже, ничего близкого этому не было.
До сих пор мои варианты:

• Определите некоторую аннотацию @SafeAnnotation и примените ее к методу, определяя контракт с разработчиком, что он будет следовать установленным правилам, иначе система будет работать неправильно.

• Определите Enum с разрешенными операциями. Вместо раскрытия разрешенных методов раскрывается только метод, который принимает список этих объектов перечисления (или что-то похожее на Control Flow Graph?) и выполняет его, давая мне контроль над тем, что можно сделать.

Пример:

public enum AllowedOperations { OP1, OP2 }

public class TheOneKnown {
    public void executeMyStuff (List<AllowedOperations> ops) {
        // ...
    }
}

Мой вопрос

Есть ли какая-либо функция на языке, например аннотации, отражение или что-то еще, что позволяет мне проверять (во время компиляции или времени выполнения), если метод действителен (т.е. удовлетворяет моим ограничениям)?
Вернее, есть ли способ принудить его к вызову только ограниченного набора других методов?

Если нет (и я думаю, что нет), будет ли этот второй подход подходящей альтернативой?
Подходит, как в интуитивно понятной, хорошо продуманной и/или эффективной практике.

Обновление (прогресс)

Изучив некоторые связанные вопросы, я также рассматриваю (как третий вариант, возможно) следующие шаги, приведенные в принятом ответе этого вопроса, Хотя это может потребовать некоторого пересмотра архитектуры.

Вся идея использования аннотаций для введения ограничений, похоже, требует внедрения моего собственного обработчика аннотаций. Если это так, я мог бы также рассмотреть небольшой язык, специфичный для домена, чтобы программист использовал эти ограниченные операции, а затем перевел код на Java. Таким образом, я бы также имел контроль над тем, что указано.

Ответы

public void foo(Controller ctrl) {
}

public class Controller {
   public boolean commit();
   public boolean rollback();
}

public class SafeClassLoader extends ClassLoader {

    Set<String> safe = new HashSet<>();

    {
        String[] s = {
            "java.lang.Object",
            "java.lang.String",
            "java.lang.Integer"
        };
        safe.addAll(Arrays.asList(s));
    }

    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
            throws ClassNotFoundException {
        if (safe.contains(name)) {
            return super.loadClass(name, resolve);
        } else {
            throw new ClassNotFoundException(name);
        }
    }
}

public class Sandboxer {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        File f = new File("bin/");
        URL[] urls = {f.toURI().toURL()};
        ClassLoader loader = new URLClassLoader(urls, new SafeClassLoader());
        Class<?> good = loader.loadClass("tools.sandbox.Good");
        System.out.println(good.newInstance().toString());
        Class<?> evil = loader.loadClass("tools.sandbox.Evil");
        System.out.println(evil.newInstance().toString());
    }
}

public class Good {
    @Override
    public String toString() {
        return "I am good";
    }
}

public class Evil {
    @Override
    public String toString() {
        new Thread().start();
        return "I am evil.";
    }
}

I am good
Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: java/lang/Thread
    at tools.sandbox.Evil.toString(Evil.java:7)
    at tools.sandbox.Sandboxer.main(Sandboxer.java:18)
Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: java.lang.Thread
    at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:366)
    at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:355)
    at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
    at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:354)
    at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:423)
    at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:356)
    ... 2 more

while (true) {}

new long[1000000000];