关于 Java Scripting API 您不知道的 5 件事

Java 平台上更简单的脚本编写方法

Java™ 语言足以满足您的一些项目的需求,但是脚本语言在性能方面一直表现不佳。Java Scripting API (javax.script) 支持在 Java 程序中调用脚本,反之亦然,通过本文,您将了解它在这两方面是如何做到最好的。

Ted Neward, 主管,ThoughtWorks, Neward & Associates

Ted Neward 的照片Ted Neward 是 ThoughtWorks 的一名顾问,ThoughtWorks 是一家在全球提供咨询服务的公司,他还是 Neward & Associates 的主管,负责有关 Java、.NET 和 XML 服务和其他平台的咨询、指导、培训和推介。他现在居住在华盛顿西雅图附近。



2010 年 9 月 10 日

关于本系列文章

您认为您已经了解 Java 编程了吗?事实上,大多数开发人员只了解 Java 平台的皮毛,他们只学习了足以完成手头工作所需要的知识而已。在本 系列文章 中,Ted Neward 通过介绍 Java 平台的核心功能来说明一些不为人所熟知的知识,这些知识甚至可以帮助您解决最棘手的编程问题。

现在,许多 Java 开发人员都喜欢在 Java 平台中使用脚本语言,但是使用编译到 Java 字节码中的动态语言有时是不可行的。在某些情况中,直接编写一个 Java 应用程序的脚本 部分 或者在一个脚本中调用特定的 Java 对象是更快捷、更高效的方法。

这就是 javax.script 产生的原因了。Java Scripting API 是从 Java 6 开始引入的,它填补了便捷的小脚本语言和健壮的 Java 生态系统之间的鸿沟。通过使用 Java Scripting API,您就可以在您的 Java 代码中快速整合几乎所有的脚本语言,这使您能够在解决一些很小的问题时有更多可选择的方法。

1. 使用 jrunscript 执行 JavaScript

每一个新的 Java 平台发布都会带来新的命令行工具集,它们位于 JDK 的 bin 目录。Java 6 也一样,其中 jrunscript 便是 Java 平台工具集中的一个不小的补充。

设想一个编写命令行脚本进行性能监控的简单问题。这个工具将借用 jmap(见本系列文章 前一篇文章 中的介绍),每 5 秒钟运行一个 Java 进程,从而了解进程的运行状况。一般情况下,我们会使用命令行 shell 脚本来完成这样的工作,但是这里的服务器应用程序部署在一些差别很大的平台上,包括 Windows® 和 Linux®。系统管理员将会发现编写能够同时运行在两个平台的 shell 脚本是很痛苦的。通常的做法是编写一个 Windows 批处理文件和一个 UNIX® shell 脚本,同时保证这两个文件同步更新。

但是,任何阅读过 The Pragmatic Programmer 的人都知道,这严重违反了 DRY (Don't Repeat Yourself) 原则,而且会产生许多缺陷和问题。我们真正希望的是编写一种与操作系统无关的脚本,它能够在所有的平台上运行。

当然,Java 语言是平台无关的,但是这里并不是需要使用 “系统” 语言的情况。我们需要的是一种脚本语言 — 如,JavaScript。

清单 1 显示的是我们所需要的简单 shell 脚本:

清单 1. periodic.js
while (true)
{
    echo("Hello, world!");
}

由于经常与 Web 浏览器打交道,许多 Java 开发人员已经知道了 JavaScript(或 ECMAScript;JavaScript 是由 Netscape 开发的一种 ECMAScript 语言)。问题是,系统管理员要如何运行这个脚本?

当然,解决方法是 JDK 所带的 jrunscript 实用程序,如清单 2 所示:

清单 2. jrunscript
C:\developerWorks\5things-scripting\code\jssrc>jrunscript periodic.js
Hello, world!
Hello, world!
Hello, world!
Hello, world!
Hello, world!
Hello, world!
Hello, world!
...

注意,您也可以使用 for 循环按照指定的次数来循环执行这个脚本,然后才退出。基本上,jrunscript 能够让您执行 JavaScript 的所有操作。惟一不同的是它的运行环境不是浏览器,所以运行中不会有 DOM。因此,最顶层的函数和对象稍微有些不同。

因为 Java 6 将 Rhino ECMAScript 引擎作为 JDK 的一部分,jrunscript 可以执行任何传递给它的 ECMAScript 代码,不管是一个文件(如此处所示)或是在更加交互式的 REPL(“Read-Evaluate-Print-Loop”)shell 环境。运行 jrunscript 就可以访问 REPL shell。


2. 从脚本访问 Java 对象

能够编写 JavaScript/ECMAScript 代码是非常好的,但是我们不希望被迫重新编译我们在 Java 语言中使用的所有代码 — 这是违背我们初衷的。幸好,所有使用 Java Scripting API 引擎的代码都完全能够访问整个 Java 生态系统,因为本质上一切代码都还是 Java 字节码。所以,回到我们之前的问题,我们可以在 Java 平台上使用传统的 Runtime.exec() 调用来启动进程,如清单 3 所示:

清单 3. Runtime.exec() 启动 jmap
var p = java.lang.Runtime.getRuntime().exec("jmap", [ "-histo", arguments[0] ])
p.waitFor()

数组 arguments 是指向传递到这个函数参数的 ECMAScript 标准内置引用。在最顶层的脚本环境中,则是传递给脚本本身的的参数数组(命令行参数)。所以,在清单 3 中,这个脚本预期接收一个参数,该参数包含要映射的 Java 进程的 VMID。

除此之外,我们可以利用本身为一个 Java 类的 jmap,然后直接调用它的 main() 方法,如清单 4 所示。有了这个方法,我们不需要 “传输” Process 对象的 in/out/err 流。

清单 4. JMap.main()
var args = [ "-histo", arguments[0] ]
Packages.sun.tools.jmap.JMap.main(args)

Packages 语法是一个 Rhino ECMAScript 标识,它指向已经 Rhino 内创建的位于核心 java.* 包之外的 Java 包。


3. 从 Java 代码调用脚本

从脚本调用 Java 对象仅仅完成了一半的工作:Java 脚本环境也提供了从 Java 代码调用脚本的功能。这只需要实例化一个 ScriptEngine 对象,然后加载和评估脚本,如清单 5 所示:

清单 5. Java 平台的脚本调用
import java.io.*;
import javax.script.*;

public class App
{
    public static void main(String[] args)
    {
        try
        {
            ScriptEngine engine = 
                new ScriptEngineManager().getEngineByName("javascript");
            for (String arg : args)
            {
                FileReader fr = new FileReader(arg);
                engine.eval(fr);
            }
        }
        catch(IOException ioEx)
        {
            ioEx.printStackTrace();
        }
        catch(ScriptException scrEx)
        {
            scrEx.printStackTrace();
        }
    }
}

eval() 方法也可以直接操作一个 String,所以这个脚本不一定必须是文件系统的一个文件 — 它可以来自于数据库、用户输入,或者甚至可以基于环境和用户操作在应用程序中生成。


4. 将 Java 对象绑定到脚本空间

仅仅调用一个脚本还不够:脚本通常会与 Java 环境中创建的对象进行交互。这时,Java 主机环境必须创建一些对象并将它们绑定,这样脚本就可以很容易找到和使用这些对象。这个过程是 ScriptContext 对象的任务,如清单 6 所示:

清单 6. 为脚本绑定对象
import java.io.*;
import javax.script.*;

public class App
{
    public static void main(String[] args)
    {
        try
        {
            ScriptEngine engine = 
                new ScriptEngineManager().getEngineByName("javascript");
                
            for (String arg : args)
            {
                Bindings bindings = new SimpleBindings();
                bindings.put("author", new Person("Ted", "Neward", 39));
                bindings.put("title", "5 Things You Didn't Know");
                
                FileReader fr = new FileReader(arg);
                engine.eval(fr, bindings);
            }
        }
        catch(IOException ioEx)
        {
            ioEx.printStackTrace();
        }
        catch(ScriptException scrEx)
        {
            scrEx.printStackTrace();
        }
    }
}

访问所绑定的对象很简单 — 所绑定对象的名称是作为全局命名空间引入到脚本的,所以在 Rhino 中使用 Person 很简单,如清单 7 所示:

清单 7. 是谁撰写了本文?
println("Hello from inside scripting!")

println("author.firstName = " + author.firstName)

您可以看到,JavaBeans 样式的属性被简化为使用名称直接访问,这就好像它们是字段一样。


5. 编译频繁使用的脚本

脚本语言的缺点一直存在于性能方面。其中的原因是,大多数情况下脚本语言是 “即时” 解译的,因而它在执行时会损失一些解析和验证文本的时间和 CPU 周期。运行在 JVM 的许多脚本语言最终会将接收的代码转换为 Java 字节码,至少在脚本被第一次解析和验证时进行转换;在 Java 程序关闭时,这些即时编译的代码会消失。将频繁使用的脚本保持为字节码形式可以帮助提升可观的性能。

我们可以以一种很自然和有意义的方法使用 Java Scripting API。如果返回的 ScriptEngine 实现了 Compilable 接口,那么这个接口所编译的方法可用于将脚本(以一个 String 或一个 Reader 传递过来的)编译为一个 CompiledScript 实例,然后它可用于在 eval() 方法中使用不同的绑定重复地处理编译后的代码,如清单 8 所示:

清单 8. 编译解译后的代码
import java.io.*;
import javax.script.*;

public class App
{
    public static void main(String[] args)
    {
        try
        {
            ScriptEngine engine = 
                new ScriptEngineManager().getEngineByName("javascript");
                
            for (String arg : args)
            {
                Bindings bindings = new SimpleBindings();
                bindings.put("author", new Person("Ted", "Neward", 39));
                bindings.put("title", "5 Things You Didn't Know");
                
                FileReader fr = new FileReader(arg);
                if (engine instanceof Compilable)
                {
                    System.out.println("Compiling....");
                    Compilable compEngine = (Compilable)engine;
                    CompiledScript cs = compEngine.compile(fr);
                    cs.eval(bindings);
                }
                else
                    engine.eval(fr, bindings);
            }
        }
        catch(IOException ioEx)
        {
            ioEx.printStackTrace();
        }
        catch(ScriptException scrEx)
        {
            scrEx.printStackTrace();
        }
    }
}

在大多数情况中,CompiledScript 实例需要存储在一个长时间存储中(例如,servlet-context),这样才能避免一次次地重复编译相同的脚本。然而,如果脚本发生变化,您就需要创建一个新的 CompiledScript 来反映这个变化;一旦编译完成,CompiledScript 就不再执行原始的脚本文件内容。


结束语

Java Scripting API 在扩展 Java 程序的范围和功能方面前进了很大一步,并且它将脚本语言的编码效率的优势带到 Java 环境。jrunscript — 它显然不是很难编写的程序 — 以及 javax.script 给 Java 开发人员带来了诸如 Ruby (JRuby) 和 ECMAScript (Rhino) 等脚本语言的优势,同时还不会破坏 Java 环境的生态系统和可扩展性。

请继续阅读下一篇文章 5 件事 系列文章:JDBC。

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Zone=Java technology
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ArticleTitle=关于 Java Scripting API 您不知道的 5 件事
publish-date=09102010