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Nashorn——在JDK 8中融合Java与JavaScript之力

| 作者 Oliver Zeigermann 关注 0 他的粉丝 ,译者 马德奎 关注 0 他的粉丝 发布于 2014年12月29日. 估计阅读时间: 3 分钟 | 智能化运维、Serverless、DevOps......2017年有哪些最新运维技术趋势?CNUTCon即将为你揭秘!

从JDK 6开始,Java就已经捆绑了JavaScript引擎,该引擎基于Mozilla的Rhino。该特性允许开发人员将JavaScript代码嵌入到Java中,甚至从嵌入的JavaScript中调用Java。此外,它还提供了使用jrunscript从命令行运行JavaScript的能力。如果不需要非常好的性能,并且可以接受ECMAScript 3有限的功能集的话,那它相当不错了。

从JDK 8开始,Nashorn取代Rhino成为Java的嵌入式JavaScript引擎。Nashorn完全支持ECMAScript 5.1规范以及一些扩展。它使用基于JSR 292的新语言特性,其中包含在JDK 7中引入的invokedynamic,将JavaScript编译成Java字节码。

与先前的Rhino实现相比,这带来了2到10倍的性能提升,虽然它仍然比Chrome和Node.js中的V8引擎要差一些。如果你对实现细节感兴趣,那么可以看看这些来自2013 JVM语言峰会的幻灯片。

由于Nashorn随JDK 8而来,它还增加了简洁的函数式接口支持。接下来,我们很快就会看到更多细节。

让我们从一个小例子开始。首先,你可能需要安装JDK 8和NetBeans、IntelliJ IDEA或者Eclipse。对于集成JavaScript开发,它们都至少提供了基本的支持。让我们创建一个简单的Java项目,其中包含下面两个示例文件,并运行它:

(点击图片可以查看大图)

在第12行,我们使用引擎的“eval”方法对任意JavaScript代码求值。在本示例中,我们只是加载了上面的JavaScript文件并对其求值。你可能会发现那个“print”并不熟悉。它不是JavaScript的内建函数,而是Nashorn提供的,它还提供了其它方便的、在脚本环境中大有用武之地的函数。你也可以将 “hello world”的打印代码直接嵌入到传递给“eval”方法的字符串,但将JavaScript放在它自己的文件中为其开启了全新的工具世界。

Eclipse目前还没有对Nashorn提供专门的支持,不过,通过JavaScript开发工具(JSDT)项目,它已经支持JavaScript的基本工具和编辑。

(点击图片可以查看大图)

IntelliJ IDEA 13.1(社区版和旗舰版)提供了出色的JavaScript和Nashorn支持。它有一个全功能的调试器,甚至允许在Java和JavaScript之间保持重构同步,因此举例来说,如果你重命名一个被JavaScript引用的Java类,或者重命名一个用于Java源代码中的JavaScript文件,那么该IDE将跨语言修改相应的引用。

下面是一个例子,展示如何调试从Java调用的JavaScript(请注意,NetBeans也提供了JavaScript调试器,如下截图所示):

(点击图片可以查看大图)

你可能会说,工具看上去不错,而且新实现修复了性能以及一致性问题,但我为什么应该用它呢?一个原因是一般的脚本编写。有时候,能够直接插入任何类型的字符串,并任由它被解释,会很方便。有时候,没有碍事的编译器,或者不用为静态类型担心,可能也是不错的。或者,你可能对Node.js编程模型感兴趣,它也可以和Java一起使用,在本文的末尾我们会看到。另外,还有个情况不得不提一下,与Java相比,使用JavaScript进行JavaFX开发会快很多。

Shell脚本

Nashorn引擎可以使用jjs命令从命令行调用。你可以不带任何参数调用它,这会将你带入一个交互模式,或者你可以传递一个希望执行的JavaScript文件名,或者你可以用它作为shell脚本的替代,像这样:

#!/usr/bin/env jjs 

var name = $ARG[0]; 
print(name ? "Hello, ${name}!" : "Hello, world!");

向jjs传递程序参数,需要加“—”前缀。因此举例来说,你可以这样调用:

./hello-script.js – Joe

如果没有“—”前缀,参数会被解释为文件名。

向Java传递数据或者从Java传出数据

正如上文所说的那样,你可以从Java代码直接调用JavaScript;只需获取一个引擎对象并调用它的“eval”方法。你可以将数据作为字符串显式传递……

ScriptEngineManager scriptEngineManager = 
      new ScriptEngineManager(); 
ScriptEngine nashorn = 
      scriptEngineManager.getEngineByName("nashorn"); 
String name = "Olli"; 
nashorn.eval("print('" + name + "')");

……或者你可以在Java中传递绑定,它们是可以从JavaScript引擎内部访问的全局变量:

int valueIn = 10; 
SimpleBindings simpleBindings = new SimpleBindings(); 
simpleBindings.put("globalValue", valueIn); 
nashorn.eval("print (globalValue)", simpleBindings);

JavaScript eval的求值结果将会从引擎的“eval”方法返回:

Integer result = (Integer) nashorn.eval("1 + 2"); 
assert(result == 3);

在Nashorn中使用Java类

前面已经提到,Nashorn最强大的功能之一源于在JavaScript中调用Java类。你不仅能够访问类并创建实例,你还可以继承他们,调用他们的静态方法,几乎可以做任何你能在Java中做的事。

作为一个例子,让我们看下来龙去脉。JavaScript没有任何语言特性是面向并发的,所有常见的运行时环境都是单线程的,或者至少没有任何共享状态。有趣的是,在Nashorn环境中,JavaScript确实可以并发运行,并且有共享状态,就像在Java中一样:

// 访问Java类Thread 
var Thread = Java.type("java.lang.Thread"); 

// 带有run方法的子类
var MyThread = Java.extend(Thread, { 
    run: function() { 
        print("Run in separate thread"); 
    } 
}); 
var th = new MyThread(); 
th.start(); 
th.join();

请注意,从Nashorn访问类的规范做法是使用Java.type,并且可以使用Java.extend扩展一个类。

令人高兴的函数式

从各方面来说,随着JDK 8的发布,Java——至少在某种程度上——已经变成一种函数式语言。开发人员可以在集合上使用高阶函数,比如,遍历所有的元素。高阶函数是把另一个函数当作参数的函数,它可以用这个函数参数做些有意义的事情。请看下面Java中高阶函数的示例:

List<Integer> list = Arrays.asList(3, 4, 1, 2); 
list.forEach(new Consumer() { 

    @Override 
    public void accept(Object o) { 
        System.out.println(o); 
    } 
});

对于这个例子,我们的传统实现方式是使用一个“外部”循环遍历元素,但现在,我们没有那样做,而是将一个“Consumer”函数传递给了“forEach”操作,一个高阶的“内部循环”操作会将集合中的每个元素一个一个地传递给Consumer的“accept”方法并执行它。

如上所述,对于这样的高阶函数,函数式语言的做法是接收一个函数参数,而不是一个对象。虽然在传统上讲,传递函数引用本身超出了Java的范围,但现在,JDK 8有一些语法糖,使它可以使用Lambda表达式(又称为“闭包”)来实现那种表示方式。例如:

List<Integer> list = Arrays.asList(3, 4, 1, 2); 
list.forEach(el -> System.out.println(el));

在这种情况下,“forEach”的参数是这样一个函数引用的形式。这是可行的,因为Customer是一个函数式接口(有时称为“单一抽象方法(Single Abstract Method)”类型或“SAM”)。

那么,我们为什么要在讨论Nashorn时谈论Lambda表达式呢?因为在JavaScript中,开发人员也可以这样编写代码,而在这种情况下,Nashorn可以特别好地缩小Java和JavaScript之间的差距。尤其是,它甚至允许开发人员将纯JavaScript函数作为函数式接口(SAM类型)的实现来传递。

让我们来看一些纯JavaScript代码,它们与上述Java代码实现一样的功能。注意,在JavaScript中没有内置的列表类型,只有数组;不过这些数组的大小是动态分配的,而且有与Java列表类似的方法。因此,在这个例子中,我们调用一个JavaScript数组的“for Each”方法:

var jsArray = [4,1,3,2]; 
jsArray.forEach(function(el) { print(el) } );

相似之处显而易见;但那还不是全部。开发人员还可以将这样一个JavaScript数组转换成一个Java列表:

var list = java.util.Arrays.asList(jsArray);

看见了吗?是的,这就是在Nashorn中运行的JavaScript。既然它现在是一个Java列表,那么开发人员就可以调用其“forEach”方法。注意,这个“forEach”方法不同于我们在JavaScript数组上调用的那个,它是定义在java集合上的“forEach”方法。这里,我们仍然传递一个纯JavaScript函数:

list.forEach(function(el) { print(el) } );

Nashorn允许开发人员在需要使用函数式接口(SAM类型)的地方提供纯JavaScript函数引用。这不仅适应于Java,也适应于JavaScript。

ECMAScript的下一个版本——预计是今年的最后一个版本——将包含函数的短语法,允许开发人员将函数写成近似Java Lambda表达式的形式,只不过它使用双箭头=>。这进一步增强了一致性。

Nashorn JavaScript特有的方言

正如简介部分所提到的那样,Nashorn支持的JavaScript实现了ECMAScript 5.1版本及一些扩展。我并不建议使用这些扩展,因为它们既不是Java,也不是JavaScript,两类开发人员都会觉得它不正常。另一方面,有两个扩展在整个Oracle文档中被大量使用,因此,我们应该了解它们。首先,让我们为了解第一个扩展做些准备。正如前文所述,开发人员可以使用Java.extend从JavaScript中扩展一个Java类。如果需要继承一个抽象Java类或者实现一个接口,那么可以使用一种更简便的语法。在这种情况下,开发人员实际上可以调用抽象类或接口的构造函数,并传入一个描述方法实现的JavaScript对象常量。这种常量不过是name/value对,你可能了解JSON格式,这与那个类似。这使我们可以像下面这样实现Runnable接口:

var r = new java.lang.Runnable({
    run: function() {
        print("running...\n");
    }
});

在这个例子中,一个对象常量指定了run方法的实现,我们实际上是用它调用了Runnable的构造函数。注意,这是Nashorn的实现提供给我们的一种方式,否则,我们无法在JavaScript这样做。

示例代码已经与我们在Java中以匿名内部类实现接口的方式类似了,但还不完全一样。这将我们带到了第一个扩展,它允许开发人员在调用构造函数时在右括号“)”后面传递最后一个参数。这种做法的代码如下:

var r = new java.lang.Runnable() {
    run: function() {
       print("running...\n");
    }
};

……它实现了完全相同的功能,但更像Java。

第二个常用的扩展一种函数的简便写法,它允许删除单行函数方法体中的两个花括号以及return语句。这样,上一节中的例子:

list.forEach(function(el) { print(el) } );

可以表达的更简洁一些:

list.forEach(function(el) print(el));

Avatar.js

我们已经看到,有了Nashorn,我们就有了一个嵌入到Java的优秀的JavaScript引擎。我们也已经看到,我们可以从Nashorn访问任意Java类。Avatar.js更进一步,它“为Java平台带来了Node编程模型、API和模块生态系统”。要了解这意味着什么以及它为什么令人振奋,我们首先必须了解Node是什么。从根本上说,Node是将Chrome的V8 JavaScript引擎剥离出来,使它可以从命令行运行,而不再需要浏览器。这样,JavaScript就不是只能在浏览器中运行了,而且可以在服务器端运行。在服务器端以任何有意义的方式运行JavaScript都至少需要访问文件系统和网络。为了做到这一点,Node内嵌了一个名为libnv的库,以异步方式实现该项功能。实际上,这意味着操作系统调用永远不会阻塞,即使它过一段时间才能返回。开发人员需要提供一个回调函数代替阻塞。该函数会在调用完成时立即触发,如果有任何结果就返回。

有若干公司都在重要的应用程序中使用了Node,其中包括WalmartPaypal

让我们来看一个JavaScript的小例子,它是我根据Node网站上的例子改写而来:

//加载“http”模块(这是阻塞的)来处理http请求
var http = require('http'); 

//当有请求时,返回“Hello,World\n”
function handleRequest(req, res) { 
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'}); 
  res.end('Hello, World\n'); 
} 

//监听localhost,端口1337
//并提供回调函数handleRequest
//这里体现了其非阻塞/异步特性
http.createServer(handleRequest).listen(1337, '127.0.0.1'); 

//记录到控制台,确保我们在沿着正确的方向前进
console.log('Get your hello at http://127.0.0.1:1337/');

要运行这段代码,需要安装Node,然后将上述JavaScript代码保存到一个文件中。最后,将该文件作为一个参数调用Node。

将libuv绑定到Java类,并使JavaScript可以访问它们,Avatar.js旨在以这种方式提供与Node相同的核心API。虽然这可能听上去很繁琐,但这种方法很有效。Avatar.js支持许多Node模块。对Node主流Web框架“express”的支持表明,这种方式确实适用于许多现有的项目。

令人遗憾的是,在写这篇文章的时候,还没有一个Avatar.js的二进制分发包。有一个自述文件说明了如何从源代码进行构建,但是如果真没有那么多时间从头开始构建,那么也可以从这里下载二进制文件而不是自行构建。两种方式都可以,但为了更快的得到结果,我建议选择第二种方式。

一旦创建了二进制文件并放进了lib文件夹,就可以使用下面这样的语句调用Avatar.js框架:

java -Djava.library.path=lib -jar lib/avatar-js.jar helloWorld.js

假设演示服务器(上述代码)保存到了一个名为“helloWorld.js”的文件中。

让我们再问一次,这为什么有用?Oracle的专家(幻灯片10)指出了该库的几个适用场景。我对其中的两点持大致相同的看法,即:

  1. 有一个Node应用程序,并希望使用某个Java库作为Node API的补充
  2. 希望切换到JavaScript和Node API,但需要将遗留的Java代码部分或全部嵌入

两个应用场景都可以通过使用Avatar.js并从JavaScript代码中调用任何需要的Java类来实现。我们已经看到,Nashorn支持这种做法。

下面我将举一个第一个应用场景的例子。JavaScript目前只有一种表示数值的类型,名为“number”。这相当于Java的“double”精度,并且有同样的限制。JavaScript的number,像Java的double一样,并不能表示任意的范围和精度,比如在计量货币时。

在Java中,我们可以使用BigDecimal,它正是用于此类情况。但JavaScript没有内置与此等效的类型,因此,我们就可以直接从JavaScript代码中访问BigDecimal类,安全地处理货币值。

让我们看一个Web服务示例,它计算某个数量的百分之几是多少。首先,需要有一个函数执行实际的计算:

var BigDecimal = Java.type('java.math.BigDecimal'); 

function calculatePercentage(amount, percentage) { 
    var result = new BigDecimal(amount).multiply( 
     new BigDecimal(percentage)).divide( 
           new BigDecimal("100"), 2, BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN); 
    return result.toPlainString(); 
}

JavaScript没有类型声明,除此之外,上述代码与我针对该任务编写的Java代码非常像:

public static String calculate(String amount, String percentage) { 
    BigDecimal result = new BigDecimal(amount).multiply( 
     new BigDecimal(percentage)).divide( 
          new BigDecimal("100"), 2, BigDecimal.ROUND_HALF_EVEN); 
    return result.toPlainString(); 
}

我们只需要替换上文Node示例中的handleRequest函数就可以完成代码。替换后的代码如下:

//加载工具模块“url”来解析url
var url = require('url'); 

function handleRequest(req, res) { 
    // '/calculate' Web服务地址 
    if (url.parse(req.url).pathname === '/calculate') { 
        var query = url.parse(req.url, true).query;  
       //数量和百分比作为查询参数传入
        var result = calculatePercentage(query.amount,
                                          query.percentage); 
        res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'}); 
        res.end(result + '\n'); 
    } 
}

我们又使用了Node核心模块来处理请求URL,从中解析出查询参数amount和percentage。

当启动服务器(如前所述)并使用浏览器发出下面这样一个请求时,

http://localhost:1337/calculate?
amount=99700000000000000086958613&percentage=7.59

就会得到正确的结果“7567230000000000006600158.73”。这在单纯使用JavaScript的“number”类型时是不可能。

当你决定将现有的JEE应用程序迁移到JavaScript和Node时,第二个应用场景就有意义了。在这种情况下,你很容易就可以从JavaScript代码内访问现有的所有服务。另一个相关的应用场景是,在使用JavaScript和Node构建新的服务器功能时,仍然可以受益于现有的JEE服务。

此外,基于Avatar.js的Avatar项目也朝着相同的方向发展。该项目的详细信息超出了本文的讨论范围,但读者可以阅读这份Oracle公告做一个粗略的了解。该项目的基本思想是,用JavaScript编写应用程序,并访问JEE服务。Avatar项目包含Avatar.js的一个二进制分发包,但它需要Glassfish用于安装和开发。

小结

Nashorn项目增强了JDK 6中原有的Rhino实现,极大地提升了运行时间较长的应用程序的性能,例如用在Web服务器中的时候。Nashorn将Java与JavaScript集成,甚至还考虑了JDK 8的新Lambda表达式。Avatar.js带来了真正的创新,它基于这些特性构建,并提供了企业级Java与JavaScript代码的集成,同时在很大程度上与JavaScript服务器端编程事实上的标准兼容。

完整实例以及用于Mac OS X的Avatar.js二进制文件可以从Github上下载。

关于作者

Oliver Zeigermann是一名来自德国汉堡的自由软件架构师/开发人员、顾问和教练。目前,他致力于在企业应用程序中使用JavaScript。

查看英文原文:Nashorn - The Combined Power of Java and JavaScript in JDK 8

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