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Java中的動態(tài)代碼編程
Java不是解決動態(tài)層問題的理想語言，這些動態(tài)層問題包括原型設(shè)計、腳本處理等。
公司的項目主要基于Java平臺，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)主要有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)：
統(tǒng)一表達(dá)式語言
動態(tài)語言，如Groovy
JUEL(Java 統(tǒng)一表達(dá)式語言)
Java*統(tǒng)一表達(dá)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(yīng)用程序用于將表達(dá)式嵌入到web頁面。Java規(guī)范制定者和Java Web領(lǐng)域技術(shù)專家小組制定了統(tǒng)一的表達(dá)式語言。JUEL最初包含在JSP 2.1規(guī)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(shí)現(xiàn)有：OGNL ，MVEL ，SpEL ,JUEL ,Java Expression Language (JEXL) ,JEval,Jakarta JXPath 等。這里主要介紹在實(shí)踐中使用較多的MVEL、OGNL和SpEL。
OGNL(Object Graph Navigation Library)
在Struts 2 的標(biāo)簽庫中都是使用OGNL表達(dá)式訪問ApplicationContext中的對象數(shù)據(jù)，OGNL主要有三個重要因素：
Expression
Expression是整個OGNL的核心內(nèi)容，所有的OGNL操作都是針對表達(dá)式解析后進(jìn)行的。通過Expression來告知OGNL操作到 底要干些什么。因此，Expression其實(shí)是一個帶有語法含義的字符串，整個字符串將規(guī)定操作的類型和內(nèi)容。OGNL表達(dá)式支持大量 Expression，如“鏈?zhǔn)皆L問對象”、表達(dá)式計算、甚至還支持Lambda表達(dá)式。
Root對象：
OGNL的Root對象可以理解為OGNL的操作對象。當(dāng)我們指定了一個表達(dá)式的時候，我們需要指定這個表達(dá)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(dá)式，那么我們需要針對Root對象來進(jìn)行OGNL表達(dá)式的計算并且返回結(jié)果。
ApplicationContext
有個Root對象和Expression，我們就可以使用OGNL進(jìn)行簡單的操作了，如對Root對象的賦值與取值操作。但是，實(shí)際上在OGNL的 內(nèi)部，所有的操作都會在一個特定的數(shù)據(jù)環(huán)境中運(yùn)行。這個數(shù)據(jù)環(huán)境就是ApplicationContext(上下文環(huán)境)。OGNL的上下文環(huán)境是一個 Map結(jié)構(gòu)，稱之為OgnlContext。Root對象也會被添加到上下文環(huán)境當(dāng)中去。
Foo foo = new Foo();foo.setName("test");Map
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(chuàng)建的 Valhalla項目的表達(dá)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(yīng)用框架，而 Valhalla 項目現(xiàn)在處于休眠狀態(tài)， MVEL則成為一個繼續(xù)積極發(fā)展的項目。相比最初的OGNL、JEXL和JUEL等項目，而它具有遠(yuǎn)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(huán)境 – 諸如由于內(nèi)存或沙箱(sand-boxing)問題不能使用字節(jié)碼生成。它不是試圖重新發(fā)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(dá)式語法。
MVEL主要使用在Drools，是Drools規(guī)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(dá)式，布爾表達(dá)式，變量復(fù)制和方法調(diào)用，還支持函數(shù)定義，詳情參見MVEL Language Guide 。
MVEL在執(zhí)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(tài)的，動態(tài)解釋執(zhí)行，不需要負(fù)載表達(dá)式就可以執(zhí)行相應(yīng)的腳本。
編譯模式(Compiled Mode)需要在緩存中產(chǎn)生一個完全規(guī)范化表達(dá)式之后再執(zhí)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(dá)式語言)是一個支持查詢和操作運(yùn)行時對象導(dǎo)航圖功能的強(qiáng)大的表達(dá)式語言。 它的語法類似于傳統(tǒng)EL，但提供額外的功能，最出色的就是函數(shù)調(diào)用和簡單字符串的模板函數(shù)。SpEL類似于Struts2x中使用的OGNL表達(dá)式語言， 能在運(yùn)行時構(gòu)建復(fù)雜表達(dá)式、存取對象圖屬性、對象方法調(diào)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(dá)式、類相關(guān)表達(dá)式及集合相關(guān)表達(dá)式等，詳細(xì)參見Spring 表達(dá)式語言 (SpEL) 。
類似與OGNL，SpEL具有expression(表達(dá)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(yùn)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(yīng)用之外，另一個大范圍的使用應(yīng)該就是結(jié)合Java使用動態(tài)代碼了。Groovy的語法與Java非常相似，以至于多數(shù)的Java代碼也是正確的Groovy代碼。Groovy代碼動態(tài)的被編譯器轉(zhuǎn)換成Java字節(jié)碼。由于其運(yùn)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(tài)世界補(bǔ)充動態(tài)能力的語言，同時Groovy已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了java不具備的語言特性：
函數(shù)字面值;
對集合的一等支持;
對正則表達(dá)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(dá)式語言存在語言級的不同，因此在語法上比表達(dá)還是語言更靈活。Java在調(diào)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(fù)責(zé)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(tài)加載Groovy腳本并執(zhí)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(dá)式的值�？梢允褂肂inding對象輸入?yún)?shù)給表達(dá)式，并最終通過GroovyShell返回Groovy表達(dá)式的計算結(jié)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(dá)式，如果換成相互關(guān)聯(lián)的多個腳本，使用GroovyScriptEngine會更好些。 GroovyScriptEngine從您指定的位置(文件系統(tǒng)，URL，數(shù)據(jù)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?yún)?shù)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(nèi)部執(zhí)行腳本編寫語言的方便、標(biāo)準(zhǔn)的方式，并提供從腳本內(nèi)部訪問Java 資源和類的功能，可以使用其運(yùn)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(jīng)常出現(xiàn)的問題
因此Java每次調(diào)用Groovy代碼都會將Groovy編譯成Class文件，因此在調(diào)用過程中會出現(xiàn)JVM級別的問題。如使用 GroovyShell的parse方法導(dǎo)致perm區(qū)爆滿的問題，使用GroovyClassLoader加載機(jī)制導(dǎo)致頻繁gc問題和 CodeCache用滿，導(dǎo)致JIT禁用問題等，相關(guān)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(jìn)行大致的性能測試(簡單測試)：
| 實(shí)現(xiàn)方式 | 耗時（MS) |
|---|---|
| Java | 13 |
| OGNL | 2958 |
| MVEL | 225 |
| SpEL | 1023 |
| Groovy | 99 |
通過這個簡單測試發(fā)現(xiàn)，Groovy 2.4的性能已經(jīng)足夠的好，而MVEL的性能依然保持強(qiáng)勁，不過已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與Groovy，在對性能有一定要求的場景下已經(jīng)不建議使用OGNL和SpEL。
不過動態(tài)代碼的執(zhí)行效率還是遠(yuǎn)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
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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