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： 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<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(); }

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 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);

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）：

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。

以下是测试代码：

package blog.brucefeng.info.performance  class 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<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);      } }

本文的代码可以参见 eldemo github 。

References