Java中的动态代码编程

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Java中的动态代码编程

　　Java不是解决动态层问题的理想语言，这些动态层问题包括原型设计、脚本处理等。

　　公司的项目主要基于Java平台，在实践中发现主要有两种方式可以实现：

　　统一表达式语言

　　动态语言，如Groovy

　　JUEL(Java 统一表达式语言)

　　Java*统一表达式语言(英语：Unified Expression Language，简称JUEL*)是一种特殊用途的编程语言，主要在Java Web应用程序用于将表达式嵌入到web页面。Java规范制定者和Java Web领域技术专家小组制定了统一的表达式语言。JUEL最初包含在JSP 2.1规范JSR-245中，后来成为Java EE 7的一部分，改在JSR-341中定义。

　　主要的开源实现有：OGNL ，MVEL ，SpEL ,JUEL ,Java Expression Language (JEXL) ,JEval,Jakarta JXPath 等。这里主要介绍在实践中使用较多的MVEL、OGNL和SpEL。

　　OGNL(Object Graph Navigation Library)

　　在Struts 2 的标签库中都是使用OGNL表达式访问ApplicationContext中的对象数据，OGNL主要有三个重要因素：

　　Expression

　　Expression是整个OGNL的核心内容，所有的OGNL操作都是针对表达式解析后进行的。通过Expression来告知OGNL操作到底要干些什么。因此，Expression其实是一个带有语法含义的字符串，整个字符串将规定操作的类型和内容。OGNL表达式支持大量 Expression，如“链式访问对象”、表达式计算、甚至还支持Lambda表达式。

　　Root对象：

　　OGNL的Root对象可以理解为OGNL的操作对象。当我们指定了一个表达式的时候，我们需要指定这个表达式针对的是哪个具体的对象。而这个具体的对象就是Root对象，这就意味着，如果有一个OGNL表达式，那么我们需要针对Root对象来进行OGNL表达式的计算并且返回结果。

　　ApplicationContext

　　有个Root对象和Expression，我们就可以使用OGNL进行简单的操作了，如对Root对象的赋值与取值操作。但是，实际上在OGNL的内部，所有的操作都会在一个特定的数据环境中运行。这个数据环境就是ApplicationContext(上下文环境)。OGNL的上下文环境是一个 Map结构，称之为OgnlContext。Root对象也会被添加到上下文环境当中去。

　　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();}

　　这段代码就是判断对象foo的name属性是否为test。

　　OGNL的具体语法参见OGNL language guide 。

　　MVEL

　　MVEL最初作为Mike Brock创建的 Valhalla项目的表达式计算器(expression evaluator)。Valhalla本身是一个早期的类似 Seam 的“开箱即用”的Web 应用框架，而 Valhalla 项目现在处于休眠状态， MVEL则成为一个继续积极发展的项目。相比最初的OGNL、JEXL和JUEL等项目，而它具有远超它们的性能、功能和易用性 – 特别是集成方面。它不会尝试另一种JVM语言，而是着重解决嵌入式脚本的问题。

　　MVEL特别适用于受限环境 – 诸如由于内存或沙箱(sand-boxing)问题不能使用字节码生成。它不是试图重新发明Java，而是旨在提供一种Java程序员熟悉的语法，同时还加入了简短的表达式语法。

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

　　MVEL语法较为丰富，不仅包含了基本的属性表达式，布尔表达式，变量复制和方法调用，还支持函数定义，详情参见MVEL Language Guide 。

　　MVEL在执行语言时主要有解释模式(Interpreted Mode)和编译模式(Compiled Mode )两种：

　　解释模式(Interpreted Mode)是一个无状态的，动态解释执行，不需要负载表达式就可以执行相应的脚本。

　　编译模式(Compiled Mode)需要在缓存中产生一个完全规范化表达式之后再执行。

　　解释模式

　　//解释模式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);

　　编译模式

　　//编译模式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表达式语言)是一个支持查询和操作运行时对象导航图功能的强大的表达式语言。它的语法类似于传统EL，但提供额外的功能，最出色的就是函数调用和简单字符串的模板函数。SpEL类似于Struts2x中使用的OGNL表达式语言，能在运行时构建复杂表达式、存取对象图属性、对象方法调用等等，并且能与Spring功能完美整合，如能用来配置Bean定义。

　　SpEL主要提供基本表达式、类相关表达式及集合相关表达式等，详细参见Spring 表达式语言 (SpEL) 。

　　类似与OGNL，SpEL具有expression(表达式)，Parser(解析器)，EvaluationContext(上下文)等基本概念;类似与MVEL，SpEl也提供了解释模式和编译模式两种运行模式。

　　//解释器模式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);//编译模式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 上的广泛应用之外，另一个大范围的使用应该就是结合Java使用动态代码了。Groovy的语法与Java非常相似，以至于多数的Java代码也是正确的Groovy代码。Groovy代码动态的被编译器转换成Java字节码。由于其运行在JVM上的特性，Groovy可以使用其他Java语言编写的库。

　　Groovy可以看作给Java静态世界补充动态能力的语言，同时Groovy已经实现了java不具备的语言特性：

　　函数字面值;

　　对集合的一等支持;

　　对正则表达式的一等支持;

　　对xml的一等支持;

　　Groovy作为基于JVM的语言，与表达式语言存在语言级的不同，因此在语法上比表达还是语言更灵活。Java在调用Groovy时，都需要将Groovy代码编译成Class文件。

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

　　GroovyClassLoader

　　GroovyClassLoader是一个定制的类装载器，负责解释加载Java类中用到的Groovy类，也可以编译，Java代码可通过其动态加载Groovy脚本并执行。

　　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允许在Java类中(甚至Groovy类)求任意Groovy表达式的值。可以使用Binding对象输入参数给表达式，并最终通过GroovyShell返回Groovy表达式的计算结果。

　　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多用于推求对立的脚本或表达式，如果换成相互关联的多个脚本，使用GroovyScriptEngine会更好些。 GroovyScriptEngine从您指定的位置(文件系统，URL，数据库，等等)加载Groovy脚本，并且随着脚本变化而重新加载它们。如同 GroovyShell一样，GroovyScriptEngine也允许您传入参数值，并能返回脚本的值。

　　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提供的一种从Java内部执行脚本编写语言的方便、标准的方式，并提供从脚本内部访问Java 资源和类的功能，可以使用其运行多种脚本语言如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);

　　使用中经常出现的问题

　　因此Java每次调用Groovy代码都会将Groovy编译成Class文件，因此在调用过程中会出现JVM级别的问题。如使用 GroovyShell的parse方法导致perm区爆满的问题，使用GroovyClassLoader加载机制导致频繁gc问题和 CodeCache用满，导致JIT禁用问题等，相关问题可以参考Groovy与Java集成常见的坑。

　　性能对比

　　在这里简单对上面介绍到的OGNL、MVEL、SpEL和Groovy2.4 的性能进行大致的性能测试(简单测试)：

实现方式	耗时（MS)
Java	13
OGNL	2958
MVEL	225
SpEL	1023
Groovy	99

　　通过这个简单测试发现，Groovy 2.4的性能已经足够的好，而MVEL的性能依然保持强劲，不过已经远远落后与Groovy，在对性能有一定要求的场景下已经不建议使用OGNL和SpEL。

　　不过动态代码的执行效率还是远低于Java，因此在高性能的场景下慎用。

　　以下是测试代码：

　　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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