Java中使用动态代码
hq3708
8年前
<p>O2O互联网的运营开发最大的特点就是每次运营活动规则千奇百怪，需要有许多个性化的配置，如何例A活动需要针对新用户做发红包的活动，B活动针对全部用户做发红包活动，而在B活动中针对新用户发x面额的红包，而针对老用户发y面值的红包。两个活动规则差别较大，如果每次都个性化开发，会非常浪费时间，因此如何支持规则的动态配置是个很大的挑战。</p> <p>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。</p> <p>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：</p> <ul> <li>统一表达式语言</li> <li>动态语言，如Groovy</li> </ul> <h3>JUEL(Java 统一表达式语言)</h3> <p>Java* <em>统一表达式语言</em> <em>（英语：Unified Expression Language，简称</em> <em>JUEL</em> *）是一种特殊用途的编程语言，主要在 <a href="/misc/goto?guid=4959622304473589733" rel="nofollow,noindex">Java</a> <a href="/misc/goto?guid=4959673785866820187" rel="nofollow,noindex">Web应用程序</a> 用于将表达式嵌入到web页面。 <a href="/misc/goto?guid=4959622304473589733" rel="nofollow,noindex">Java</a> 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 <a href="/misc/goto?guid=4959673785962292394" rel="nofollow,noindex">JSP</a> 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。</p> <p>主要的开源实现有： <a href="/misc/goto?guid=4959673786047765703" rel="nofollow,noindex">OGNL</a> ， <a href="/misc/goto?guid=4959673786132226056" rel="nofollow,noindex">MVEL</a> ， <a href="/misc/goto?guid=4959673786224385065" rel="nofollow,noindex">SpEL</a> , <a href="/misc/goto?guid=4959673786309932638" rel="nofollow,noindex">JUEL</a> , <a href="/misc/goto?guid=4959673786389479560" rel="nofollow,noindex">Java Expression Language (JEXL)</a> , <a href="/misc/goto?guid=4959673786480281806" rel="nofollow,noindex">JEval</a> , <a href="/misc/goto?guid=4959673786571992472" rel="nofollow,noindex">Jakarta JXPath</a> 等。这里主要介绍在实践中使用较多的MVEL、OGNL和SpEL。</p> <p>OGNL(Object Graph Navigation Library)</p> <p>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：</p> <ul> <li>Expression</li> </ul> <p>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。</p> <ul> <li>Root对象：</li> </ul> <p>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。</p> <ul> <li>ApplicationContext</li> </ul> <p>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。</p> <pre> <code class="language-java">Foo foo = new Foo(); foo.setName("test"); Map<String, Object> context = new HashMap<String, Object>(); 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(); }</code></pre> <p>这段代码就是判断对象foo的name属性是否为test。</p> <p>OGNL的具体语法参见 <a href="/misc/goto?guid=4959673786651856154" rel="nofollow,noindex">OGNL language guide</a> 。</p> <p><a href="/misc/goto?guid=4959673786735249903" rel="nofollow,noindex">MVEL</a></p> <p>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。</p> <p>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。</p> <p>MVEL主要使用在Drools，是 <a href="/misc/goto?guid=4958319658572370195" rel="nofollow,noindex">Drools规则引擎</a> 不可分割的一部分。</p> <p>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 <a href="/misc/goto?guid=4959673786992576766" rel="nofollow,noindex">MVEL Language Guide</a> 。</p> <p>MVEL在执行语言时主要有解释模式（ <strong>Interpreted Mode</strong> ）和编译模式（ <strong>Compiled Mode</strong> ）两种：</p> <ul> <li>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。</li> <li>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。</li> </ul> <p>解释模式</p> <pre> <code class="language-java">//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);</code></pre> <p>编译模式</p> <pre> <code class="language-java">//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);</code></pre> <p><a href="/misc/goto?guid=4959673786224385065" rel="nofollow,noindex">SpEL</a></p> <p>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。</p> <p>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 <a href="/misc/goto?guid=4959673787086407061" rel="nofollow,noindex">Spring 表达式语言 (SpEL)</a> 。</p> <p>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。</p> <pre> <code class="language-java">//解释器模式 Foo foo = new Foo(); foo.setName("test"); // Turn on: // - auto null reference initialization // - auto collection growing SpelParserConfiguration 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);</code></pre> <h3><a href="/misc/goto?guid=4958966317632168732" rel="nofollow,noindex">Groovy</a></h3> <p>Groovy除了 <a href="/misc/goto?guid=4958970396567517858" rel="nofollow,noindex">Gradle</a> 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 <a href="/misc/goto?guid=4959673787231045107" rel="nofollow,noindex">编译器</a> 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。</p> <p>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：</p> <ul> <li>函数字面值；</li> <li>对集合的一等支持；</li> <li>对正则表达式的一等支持；</li> <li>对xml的一等支持；</li> </ul> <p>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。</p> <p>Groovy 可以采用GroovyClassLoader、GroovyShell、GroovyScriptEngine和 <a href="/misc/goto?guid=4959673787316004462" rel="nofollow,noindex">JSR223</a> 等方式与Java语言集成。</p> <p>GroovyClassLoader</p> <p>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。</p> <pre> <code class="language-java">class FooCompare{ boolean compare(String toCompare){ Foo foo = new Foo(); foo.name = "test"; return foo.name == toCompare; } }</code></pre> <pre> <code class="language-java">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);</code></pre> <p>GroovyShell</p> <p>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。</p> <pre> <code class="language-java">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);</code></pre> <p>GroovyScriptEngine</p> <p>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。</p> <p>FooScript.groovy</p> <pre> <code class="language-java">package blog.brucefeng.info.groovy foo.name=="test";</code></pre> <pre> <code class="language-java">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);</code></pre> <p>JSR223</p> <p>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。</p> <pre> <code class="language-java">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);</code></pre> <p>使用中经常出现的问题</p> <p>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 <a href="/misc/goto?guid=4959673787397365889" rel="nofollow,noindex">Groovy与Java集成常见的坑</a> 。</p> <h3>性能对比</h3> <p>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）：</p> <table> <thead> <tr> <th>实现方式</th> <th>耗时（ms)</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>Java</td> <td>13</td> </tr> <tr> <td>OGNL</td> <td>2958</td> </tr> <tr> <td>MVEL</td> <td>225</td> </tr> <tr> <td>SpEL</td> <td>1023</td> </tr> <tr> <td>Groovy</td> <td>99</td> </tr> </tbody> </table> <p>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，在高性能的场景下已经不建议使用OGNL和SpEL。</p> <p>以下是测试代码：</p> <pre> <code class="language-java">package blog.brucefeng.info.performance class GroovyCal{ Integer cal(int x,int y,int z){ return x + y*2 - z; } }</code></pre> <pre> <code class="language-java">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<String, Object> context = new HashMap<String, Object>(); 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); } }</code></pre> <p>本文的代码可以参见 <a href="/misc/goto?guid=4959673787479891244" rel="nofollow,noindex">eldemo github</a> 。</p> <h3>References</h3> <p><a href="/misc/goto?guid=4959673787568579527" rel="nofollow,noindex">Groovy vs Java Performance</a></p> <p><a href="http://www.open-open.com/lib/view/open1452049794292.html">Groovy与Java集成常见的坑</a></p> <p><a href="/misc/goto?guid=4959673786651856154" rel="nofollow,noindex">OGNL language guide</a></p> <p><a href="/misc/goto?guid=4959673787673220730" rel="nofollow,noindex">Groovy引发的PermGen区爆满问题定位与解决</a></p> <p><a href="/misc/goto?guid=4959673787767947146" rel="nofollow,noindex">groovy脚本导致的FullGC问题</a></p> <p><a href="/misc/goto?guid=4959673787852063834" rel="nofollow,noindex">Groovy性能问题</a></p> <p><a href="/misc/goto?guid=4959673787935580541" rel="nofollow,noindex">Groovy的classloader加载机制唤起的频繁GC</a></p> <p><a href="/misc/goto?guid=4959673788024036677" rel="nofollow,noindex">Groovy深入探索——Groovy的ClassLoader体系</a></p> <p> </p> <p>来自： <a href="/misc/goto?guid=4959673788105772612" rel="nofollow">http://blog.brucefeng.info/post/dynamic-code-in-java</a></p> <p> </p>