Java 中使用动态代码

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。

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:OGNLMVELSpEL ,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。

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

编译模式

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。

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。

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。

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

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。

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:

本文的代码可以参见eldemo github

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关于作者:brucefeng

陈景广 自2013.05工作于大众点评至今 个人主页 · 我的文章 · 13 ·   

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