Java中的動態代碼編程

時間：2024-06-27 15:06:03 JAVA認證我要投稿

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Java中的動態代碼編程

　　Java不是解決動態層問題的理想語言，這些動態層問題包括原型設計、腳本處理等。

　　公司的項目主要基于Java平臺，在實踐中發現主要有兩種方式可以實現：

　　統一表達式語言

　　動態語言，如Groovy

　　JUEL(Java 統一表達式語言)

　　Java*統一表達式語言(英語：Unified Expression Language，簡稱JUEL*)是一種特殊用途的編程語言，主要在Java Web應用程序用于將表達式嵌入到web頁面。Java規范制定者和Java Web領域技術專家小組制定了統一的表達式語言。JUEL最初包含在JSP 2.1規范JSR-245中，后來成為Java EE 7的一部分，改在JSR-341中定義。

　　主要的開源實現有：OGNL ，MVEL ，SpEL ,JUEL ,Java Expression Language (JEXL) ,JEval,Jakarta JXPath 等。這里主要介紹在實踐中使用較多的MVEL、OGNL和SpEL。

　　OGNL(Object Graph Navigation Library)

　　在Struts 2 的標簽庫中都是使用OGNL表達式訪問ApplicationContext中的對象數據，OGNL主要有三個重要因素：

　　Expression

　　Expression是整個OGNL的核心內容，所有的OGNL操作都是針對表達式解析后進行的。通過Expression來告知OGNL操作到底要干些什么。因此，Expression其實是一個帶有語法含義的字符串，整個字符串將規定操作的類型和內容。OGNL表達式支持大量 Expression，如“鏈式訪問對象”、表達式計算、甚至還支持Lambda表達式。

　　Root對象：

　　OGNL的Root對象可以理解為OGNL的操作對象。當我們指定了一個表達式的時候，我們需要指定這個表達式針對的是哪個具體的對象。而這個具體的對象就是Root對象，這就意味著，如果有一個OGNL表達式，那么我們需要針對Root對象來進行OGNL表達式的計算并且返回結果。

　　ApplicationContext

　　有個Root對象和Expression，我們就可以使用OGNL進行簡單的操作了，如對Root對象的賦值與取值操作。但是，實際上在OGNL的內部，所有的操作都會在一個特定的數據環境中運行。這個數據環境就是ApplicationContext(上下文環境)。OGNL的上下文環境是一個 Map結構，稱之為OgnlContext。Root對象也會被添加到上下文環境當中去。

　　Foo foo = new Foo();foo.setName("test");Map context = new HashMap();context.put("foo",foo);String expression = "foo.name == 'test'";try {

　　Boolean result = (Boolean) Ognl.getValue(expression,context);

　　System.out.println(result);} catch (OgnlException e) {

　　e.printStackTrace();}

　　這段代碼就是判斷對象foo的name屬性是否為test。

　　OGNL的具體語法參見OGNL language guide 。

　　MVEL

　　MVEL最初作為Mike Brock創建的 Valhalla項目的表達式計算器(expression evaluator)。Valhalla本身是一個早期的類似 Seam 的“開箱即用”的Web 應用框架，而 Valhalla 項目現在處于休眠狀態， MVEL則成為一個繼續積極發展的項目。相比最初的OGNL、JEXL和JUEL等項目，而它具有遠超它們的性能、功能和易用性 – 特別是集成方面。它不會嘗試另一種JVM語言，而是著重解決嵌入式腳本的問題。

　　MVEL特別適用于受限環境 – 諸如由于內存或沙箱(sand-boxing)問題不能使用字節碼生成。它不是試圖重新發明Java，而是旨在提供一種Java程序員熟悉的語法，同時還加入了簡短的表達式語法。

　　MVEL主要使用在Drools，是Drools規則引擎不可分割的一部分。

　　MVEL語法較為豐富，不僅包含了基本的屬性表達式，布爾表達式，變量復制和方法調用，還支持函數定義，詳情參見MVEL Language Guide 。

　　MVEL在執行語言時主要有解釋模式(Interpreted Mode)和編譯模式(Compiled Mode )兩種：

　　解釋模式(Interpreted Mode)是一個無狀態的，動態解釋執行，不需要負載表達式就可以執行相應的腳本。

　　編譯模式(Compiled Mode)需要在緩存中產生一個完全規范化表達式之后再執行。

　　解釋模式

　　//解釋模式Foo foo = new Foo();foo.setName("test");Map context = new HashMap();String expression = "foo.name == 'test'";VariableResolverFactory functionFactory = new MapVariableResolverFactory(context);context.put("foo",foo);Boolean result = (Boolean) MVEL.eval(expression,functionFactory);System.out.println(result);

　　編譯模式

　　//編譯模式Foo foo = new Foo();foo.setName("test");Map context = new HashMap();String expression = "foo.name == 'test'";VariableResolverFactory functionFactory = new MapVariableResolverFactory(context);context.put("foo",foo);Serializable compileExpression = MVEL.compileExpression(expression);Boolean result = (Boolean) MVEL.executeExpression(compileExpression, context, functionFactory);

　　SpEL

　　SpEl(Spring表達式語言)是一個支持查詢和操作運行時對象導航圖功能的強大的表達式語言。它的語法類似于傳統EL，但提供額外的功能，最出色的就是函數調用和簡單字符串的模板函數。SpEL類似于Struts2x中使用的OGNL表達式語言，能在運行時構建復雜表達式、存取對象圖屬性、對象方法調用等等，并且能與Spring功能完美整合，如能用來配置Bean定義。

　　SpEL主要提供基本表達式、類相關表達式及集合相關表達式等，詳細參見Spring 表達式語言 (SpEL) 。

　　類似與OGNL，SpEL具有expression(表達式)，Parser(解析器)，EvaluationContext(上下文)等基本概念;類似與MVEL，SpEl也提供了解釋模式和編譯模式兩種運行模式。

　　//解釋器模式Foo foo = new Foo();foo.setName("test");// Turn on:// - auto null reference initialization// - auto collection growingSpelParserConfiguration config = new SpelParserConfiguration(true,true);ExpressionParser parser = new SpelExpressionParser(config);String expressionStr = "#foo.name == 'test'";StandardEvaluationContext context = new StandardEvaluationContext();context.setVariable("foo",foo);Expression expression = parser.parseExpression(expressionStr);Boolean result = expression.getValue(context,Boolean.class);//編譯模式config = new SpelParserConfiguration(SpelCompilerMode.IMMEDIATE, RunSpel.class.getClassLoader());parser = new SpelExpressionParser(config);context = new StandardEvaluationContext();context.setVariable("foo",foo);expression = parser.parseExpression(expressionStr);result = expression.getValue(context,Boolean.class);

　　Groovy

　　Groovy除了Gradle 上的廣泛應用之外，另一個大范圍的使用應該就是結合Java使用動態代碼了。Groovy的語法與Java非常相似，以至于多數的Java代碼也是正確的Groovy代碼。Groovy代碼動態的被編譯器轉換成Java字節碼。由于其運行在JVM上的特性，Groovy可以使用其他Java語言編寫的庫。

　　Groovy可以看作給Java靜態世界補充動態能力的語言，同時Groovy已經實現了java不具備的語言特性：

　　函數字面值;

　　對集合的一等支持;

　　對正則表達式的一等支持;

　　對xml的一等支持;

　　Groovy作為基于JVM的語言，與表達式語言存在語言級的不同，因此在語法上比表達還是語言更靈活。Java在調用Groovy時，都需要將Groovy代碼編譯成Class文件。

　　Groovy 可以采用GroovyClassLoader、GroovyShell、GroovyScriptEngine和JSR223 等方式與Java語言集成。

　　GroovyClassLoader

　　GroovyClassLoader是一個定制的類裝載器，負責解釋加載Java類中用到的Groovy類，也可以編譯，Java代碼可通過其動態加載Groovy腳本并執行。

　　class FooCompare{

　　boolean compare(String toCompare){

　　Foo foo = new Foo();

　　foo.name = "test";

　　return foo.name == toCompare;

　　}}

　　GroovyClassLoader loader = new GroovyClassLoader();Class groovyClass = null;try {

　　String path = "FooCompare.groovy";

　　groovyClass = loader.parseClass(new File(path));} catch (IOException e) {

　　e.printStackTrace();}GroovyObject groovyObject = null;try {

　　groovyObject = (GroovyObject) groovyClass.newInstance();} catch (InstantiationException e) {

　　e.printStackTrace();} catch (IllegalAccessException e) {

　　e.printStackTrace();}result = groovyObject.invokeMethod("compare", "test");assert result.equals(Boolean.TRUE);System.out.print(result);

　　GroovyShell

　　GroovyShell允許在Java類中(甚至Groovy類)求任意Groovy表達式的值。可以使用Binding對象輸入參數給表達式，并最終通過GroovyShell返回Groovy表達式的計算結果。

　　Foo foo = new Foo();foo.setName("test");Binding binding = new Binding();binding.setVariable("foo",foo);GroovyShell shell = new GroovyShell(binding);String expression = "foo.name=='test'";Object result = shell.evaluate(expression);assert result.equals(Boolean.TRUE);

　　GroovyScriptEngine

　　GroovyShell多用于推求對立的腳本或表達式，如果換成相互關聯的多個腳本，使用GroovyScriptEngine會更好些。 GroovyScriptEngine從您指定的位置(文件系統，URL，數據庫，等等)加載Groovy腳本，并且隨著腳本變化而重新加載它們。如同 GroovyShell一樣，GroovyScriptEngine也允許您傳入參數值，并能返回腳本的值。

　　FooScript.groovy

　　package blog.brucefeng.info.groovy

　　foo.name=="test";

　　Foo foo = new Foo();foo.setName("test");Binding binding = new Binding();binding.setVariable("foo",foo);String[] paths = {"/demopath/"}GroovyScriptEngine gse = new GroovyScriptEngine(paths);try {

　　result = gse.run("FooScript.groovy", binding);} catch (ResourceException e) {

　　e.printStackTrace();} catch (ScriptException e) {

　　e.printStackTrace();}assert result.equals(Boolean.TRUE);

　　JSR223

　　JSR223 是Java 6提供的一種從Java內部執行腳本編寫語言的方便、標準的方式，并提供從腳本內部訪問Java 資源和類的功能，可以使用其運行多種腳本語言如JavaScript和Groovy等。

　　Foo foo = new Foo();foo.setName("test");ScriptEngineManager factory = new ScriptEngineManager();ScriptEngine engine1 = factory.getEngineByName("groovy");engine1.put("foo",foo);try {

　　result = engine1.eval(expression);} catch (javax.script.ScriptException e) {

　　e.printStackTrace();}assert result.equals(Boolean.TRUE);

　　使用中經常出現的問題

　　因此Java每次調用Groovy代碼都會將Groovy編譯成Class文件，因此在調用過程中會出現JVM級別的問題。如使用 GroovyShell的parse方法導致perm區爆滿的問題，使用GroovyClassLoader加載機制導致頻繁gc問題和 CodeCache用滿，導致JIT禁用問題等，相關問題可以參考Groovy與Java集成常見的坑。

　　性能對比

　　在這里簡單對上面介紹到的OGNL、MVEL、SpEL和Groovy2.4 的性能進行大致的性能測試(簡單測試)：

實現方式	耗時（MS)
Java	13
OGNL	2958
MVEL	225
SpEL	1023
Groovy	99

　　通過這個簡單測試發現，Groovy 2.4的性能已經足夠的好，而MVEL的性能依然保持強勁，不過已經遠遠落后與Groovy，在對性能有一定要求的場景下已經不建議使用OGNL和SpEL。

　　不過動態代碼的執行效率還是遠低于Java，因此在高性能的場景下慎用。

　　以下是測試代碼：

　　package blog.brucefeng.info.performanceclass GroovyCal{

　　Integer cal(int x,int y,int z){

　　return x + y*2 - z;

　　}}

　　package blog.brucefeng.info.performance;public class RunPerform {

　　public static void main(String[] args) {

　　try {

　　int xmax = 100,ymax = 100,zmax= 10;

　　runJava(xmax, ymax, zmax);

　　runOgnl(xmax, ymax, zmax);

　　runMvel(xmax, ymax, zmax);

　　runSpel(xmax, ymax, zmax);

　　runGroovyClass(xmax, ymax, zmax);

　　} catch (Exception e) {

　　e.printStackTrace();

　　}

　　public static void runJava(int xmax, int ymax, int zmax) {

　　Date start = new Date();

　　Integer result = 0;

　　for (int xval = 0; xval < xmax; xval++) {

　　for (int yval = 0; yval < ymax; yval++) {

　　for (int zval = 0; zval <= zmax; zval++) {

　　result += xval + yval * 2 - zval;

　　}

　　Date end = new Date();

　　System.out.println("time is : " + (end.getTime() - start.getTime()) + ",result is " + result);

　　}

　　public static void runOgnl(int xmax, int ymax, int zmax) throws OgnlException {

　　String expression = "x + y*2 - z";

　　Map context = new HashMap();

　　Integer result = 0;

　　Date start = new Date();

　　for (int xval = 0; xval < xmax; xval++) {

　　for (int yval = 0; yval < ymax; yval++) {

　　for (int zval = 0; zval <= zmax; zval++) {

　　context.put("x", xval);

　　context.put("y", yval);

　　context.put("z", zval);

　　Integer cal = (Integer) Ognl.getValue(expression, context);

　　result += cal;

　　}

　　Date end = new Date();

　　System.out.println("Ognl:time is : " + (end.getTime() - start.getTime()) + ",result is " + result);

　　}

　　public static void runMvel(int xmax, int ymax, int zmax) {

　　Map context = new HashMap();

　　String expression = "x + y*2 - z";

　　Serializable compileExpression = MVEL.compileExpression(expression);

　　Integer result = 0;

　　Date start = new Date();

　　for (int xval = 0; xval < xmax; xval++) {

　　for (int yval = 0; yval < ymax; yval++) {

　　for (int zval = 0; zval <= zmax; zval++) {

　　context.put("x", xval);

　　context.put("y", yval);

　　context.put("z", zval);

　　VariableResolverFactory functionFactory = new MapVariableResolverFactory(context);

　　Integer cal = (Integer) MVEL.executeExpression(compileExpression, context, functionFactory);

　　result += cal;

　　}

　　Date end = new Date();

　　System.out.println("MVEL:time is : " + (end.getTime() - start.getTime()) + ",result is " + result);

　　}

　　public static void runSpel(int xmax, int ymax, int zmax) {

　　SpelParserConfiguration config;

　　ExpressionParser parser;

　　config = new SpelParserConfiguration(SpelCompilerMode.IMMEDIATE, RunSpel.class.getClassLoader());

　　parser = new SpelExpressionParser(config);

　　StandardEvaluationContext context = new StandardEvaluationContext();

　　Integer result = 0;

　　String expressionStr = "#x + #y*2 - #z";

　　Date start = new Date();

　　for (Integer xval = 0; xval < xmax; xval++) {

　　for (Integer yval = 0; yval < ymax; yval++) {

　　for (Integer zval = 0; zval <= zmax; zval++) {

　　context.setVariable("x", xval);

　　context.setVariable("y", yval);

　　context.setVariable("z", zval);

　　Expression expression = parser.parseExpression(expressionStr);

　　Integer cal = expression.getValue(context, Integer.class);

　　result += cal;

　　}

　　Date end = new Date();

　　System.out.println("SpEL:time is : " + (end.getTime() - start.getTime()) + ",result is " + result);

　　}

　　public static void runGroovyClass(int xmax, int ymax, int zmax) {

　　GroovyClassLoader loader = new GroovyClassLoader();

　　Class groovyClass = null;

　　try {

　　groovyClass = loader.parseClass(new File(

　　"GroovyCal.groovy"));

　　} catch (IOException e) {

　　e.printStackTrace();

　　}

　　GroovyObject groovyObject = null;

　　try {

　　groovyObject = (GroovyObject) groovyClass.newInstance();

　　} catch (InstantiationException e) {

　　e.printStackTrace();

　　} catch (IllegalAccessException e) {

　　e.printStackTrace();

　　}

　　Integer result = 0;

　　Date start = new Date();

　　for (int xval = 0; xval < xmax; xval++) {

　　for (int yval = 0; yval < ymax; yval++) {

　　for (int zval = 0; zval <= zmax; zval++) {

　　Object[] args = {xval,yval,zval};

　　Integer cal = (Integer) groovyObject.invokeMethod("cal", args);

　　result += cal;

　　}

　　Date end = new Date();

　　System.out.println("Groovy Class:time is : " + (end.getTime() - start.getTime()) + ",result is " + result);

　　}}

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