Aviator——开源轻量级、高性能的表达式求值器

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2010-06-30 11:36 by 资深记者 dennis_zane 评论(13) 有33374人浏览

正则表达式开源

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《飞行大亨》是我很喜欢的一部电影，不过这里我想介绍的是一个叫Aviator的开源的Java表达式求值器。

一、轮子的必要性

表达式的求值上，java的选择非常多，强大的如Groovy、JRuby，N年没维护的beanshell，包括javaeye上朋友的IKExpression。为什么还需要Aviator？或者说Aviator的特点是什么？

我将Aviator定位在Groovy这样全功能的脚本和IKExpression这样的简易的表达式求值之间的东西，如果你不希望带上Groovy那么庞大的jar却只用上一点点的功能，如果你希望功能和性能上比IKExpression好那么一些，那么也许你可以考虑Aviator。

Aviator的设计思路跟利用GroovyObject的求值是一样，通过编译并动态生成字节码的方式将表达式编译成一个类，然后反射执行这个类，因此会在效率上比纯解释执行的IKExpression好一些。

aviator结构图

二、让轮子转起来。

求算术表达式：

import com.googlecode.aviator.AviatorEvaluator;


public class SimpleExample {
    public static void main(String[] args) {
        Long result = (Long) AviatorEvaluator.execute("1+2+3");
        System.out.println(result);
    }
}

执行入口统一为AviatorEvaluator类，它有一系列静态方法。

逻辑表达式和关系运算：

AviatorEvaluator.execute("3>1 && 2!=4 || true");

Aviator支持所有的关系运算符和算术运算符，不支持位运算，同时支持表达式的优先级，优先级跟Java的运算符一样，并且支持通过括号来强制优先级。

使用变量和字符串相加：

       String yourname = “aviator”;
        Map<String, Object> env = new HashMap<String, Object>();
        env.put("yourname", yourname);
        String result = (String) AviatorEvaluator.execute(" 'hello ' + yourname ", env);
        System.out.println(result);

打印：

hello aviator

字符串可以单引号也可以双引号括起来，并且支持转义字符。变量名称只要是合法的java identifer即可，变量需要用户传入，通过Map<String,Object>指定变量名和值是什么，这里的变量是yourname。

变量的访问支持嵌套访问，也就是dot操作符来访问变量里的属性，假设我们有一个Foo类：

 public static class Foo {
        int i;
        float f;
        Date date = new Date();

        public Foo(int i, float f, Date date) {
            super();
            this.i = i;
            this.f = f;
            this.date = date;
        }

        public int getI() {
            return i;
        }

        public void setI(int i) {
            this.i = i;
        }

        public float getF() {
            return f;
        }

        public void setF(float f) {
            this.f = f;
        }

        public Date getDate() {
            return date;
        }

        public void setDate(Date date) {
            this.date = date;
        }

    }

然后在使用一个表达式来描述Foo里的各种属性：

        Foo foo = new Foo(100, 3.14f, new Date());
        Map<String, Object> env = new HashMap<String, Object>();
        env.put("foo", foo);

        String result =
                (String) AviatorEvaluator.execute(
                    " '[foo i='+ foo.i + ' f='+foo.f+' year='+(foo.date.year+1900)+ ' month='+foo.date.month +']' ",
                    env);

我们可以通过foo.date.year的方式来访问变量foo中date属性的year值，这是利用commons-beanutils的反射功能实现的，前提是你的变量是合法的JavaBean(public、getter缺一不可)。

三元表达式：

AviatorEvaluator.execute("3>0? 'yes':'no'");

上面都还是一个求值器表达式的常见功能，下面要描述的是Aviator的一些偏脚本性的功能。

类Ruby、Perl的正则匹配，匹配email地址：

AviatorEvaluator.execute("'killme2008'=~/([\\w0-8]+@\\w+[\\.\\w+]+)/ ");

成功的话返回true，否则返回false。//括起来的字符序列成为正则表达式，=~操作符用于匹配。匹配只能在String和Pattern之间。

匹配成功，获得匹配的分组，利用变量$digit：

AviatorEvaluator.execute("'killme2008@gmail.com'=~/([\\w0-8]+@\\w+[\\.\\w+]+)/ ? $1:'unknow'");

匹配成功返回$1，表示第一个匹配的分组，也就是用户名 killme2008

函数调用：

AviatorEvaluator.execute("sysdate()");

sysdate()是一个内置函数，返回当前日期，跟new java.util.Date()效果相同。

更多内置函数:

AviatorEvaluator.execute("string.length('hello')");    // 求字符串长度
AviatorEvaluator.execute("string.contains('hello','h')");  //判断字符串是否包含字符串
AviatorEvaluator.execute("string.startsWith('hello','h')");  //是否以子串开头
AviatorEvaluator.execute("string.endsWith('hello','llo')");  是否以子串结尾

AviatorEvaluator.execute("math.pow(-3,2)");   // 求n次方
AviatorEvaluator.execute("math.sqrt(14.0)");   //开平方根
AviatorEvaluator.execute("math.sin(20)");    //正弦函数

可以看到Aviator的函数调用风格非常类似lua或者c。

自定义函数，实现AviatorFunction接口并注册即可，比如我们实现一个add函数用于相加：

import com.googlecode.aviator.AviatorEvaluator;
import com.googlecode.aviator.runtime.function.FunctionUtils;
import com.googlecode.aviator.runtime.type.AviatorDouble;
import com.googlecode.aviator.runtime.type.AviatorFunction;
import com.googlecode.aviator.runtime.type.AviatorObject;
class AddFunction implements AviatorFunction {

        public AviatorObject call(Map<String, Object> env, AviatorObject... args) {
            if (args.length != 2) {
                throw new IllegalArgumentException("Add only supports two arguments");
            }
            Number left = FunctionUtils.getNumberValue(0, args, env);
            Number right = FunctionUtils.getNumberValue(1, args, env);
            return new AviatorDouble(left.doubleValue() + right.doubleValue());
        }


        public String getName() {
            return "add";
        }

    }

注册并调用：

        AviatorEvaluator.addFunction(new AddFunction());
        System.out.println(AviatorEvaluator.execute("add(1,2)"));
        System.out.println(AviatorEvaluator.execute("add(add(1,2),100)"));

函数可以嵌套调用。

三、不公平的性能测试

基本介绍完了，最后给些测试的数据，下列的测试场景都是每个表达式预先编译，然后执行1000万次，测量执行耗时。

场景1：

算术表达式

1000+100.0*99-(600-3*15)/(((68-9)-3)*2-100)+10000%7*71

结果：

测试	耗时（单位:秒）
Aviator	14.0
Groovy	79.6
IKExpression	159.2

场景2：

计算逻辑表达式和三元表达式混合：

6.7-100>39.6 ? 5==5? 4+5:6-1 : !(100%3-39.0<27) ? 8*2-199: 100%3

测试结果：

测试	耗时（单位:秒）
Aviator	11.0
Groovy	13.0
IKExpression	168.8

场景3：

计算算术表达式和逻辑表达式的混合，带有5个变量的表达式：

i * pi + (d * b - 199) / (1 - d * pi) - (2 + 100 - i / pi) % 99 ==i * pi + (d * b - 199) / (1 - d * pi) - (2 + 100 - i / pi) % 99

变量设定为：

        int i = 100;
        float pi = 3.14f;
        double d = -3.9;
        byte b = (byte) 4;
        boolean bool=false;

每次执行前都重新设置这些变量的值。

结果：

测试	耗时（单位:秒）
Aviator	31.2
Groovy	9.7
IKExpression	编译错误

场景4：

Aviator执行 sysdate()
groovy执行 new java.util.Date()
IKExpression执行 $SYSDATE()

结果:

测试	耗时（单位:秒）
Aviator	22.6
Groovy	13.9
IKExpression	25.4

原始的测试报告在这里。

四、结语

能看到这里，并且感兴趣的朋友请点击项目主页：

http://code.google.com/p/aviator/

下载地址：

http://code.google.com/p/aviator/downloads/list

完整的用户手册：

http://code.google.com/p/aviator/wiki/User_Guide_zh

目前版本仍然是1.0.0-RC，希望更多朋友试用并最终release。有什么疑问或者建议请跟贴。

来自: http://www.javaeye.com/topic/701496

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13 楼 w846492130_1 2016-09-07 17:58

确实是不公平测试
简单来说：为什么要使用动态表达式，原因是因为很多计算时，表达式是动态的，每次计算时都不一样，所以你的100W测试只能凸显表达式缓存后的计算结果，没有体现出100W次不同的表达式计算时的运行效率，以及内存消耗情况。

12 楼 superhanliu 2010-08-25 16:43

只支持数学运算啊，有没有支持动态字符串比较的啊？

11 楼 jindw 2010-07-05 11:06

呵呵，年老眼花，罪过罪过。
那确实是你要快一点点：）

dennis_zane 写道

jindw 写道

貌似性能改经空间依然很大很大呢。
我在我普通笔记本上试了一下Lite 模板表达式计算你的第一个实例：000+100.0*99-(600-3*15)%(((68-9)-3)*2-100)+10000%7*71
消耗时间只有2031104791纳秒（2秒多点）

@Test
public void testEL() {
	Expression el = ExpressionFactoryImpl.getInstance().create(
				"1000+100.0*99-(600-3*15)%(((68-9)-3)*2-100)+10000%7*71");
	int c = 100*10000;
	ValueStack vs = new ValueStackImpl(null);
	long n1 = System.nanoTime();
	while (c-- > 0) {
		el.evaluate(vs);
	}
	long n2 = System.nanoTime();
	System.out.println((n2 - n1) );
}

而且Lite模板的JSEL本身要兼容javascript运算规则，本来就是一个不公平的竞争。

请注意，是1000万次，而非100万次。

10 楼 dennis_zane 2010-07-05 09:23

jindw 写道

@Test
public void testEL() {
	Expression el = ExpressionFactoryImpl.getInstance().create(
				"1000+100.0*99-(600-3*15)%(((68-9)-3)*2-100)+10000%7*71");
	int c = 100*10000;
	ValueStack vs = new ValueStackImpl(null);
	long n1 = System.nanoTime();
	while (c-- > 0) {
		el.evaluate(vs);
	}
	long n2 = System.nanoTime();
	System.out.println((n2 - n1) );
}

而且Lite模板的JSEL本身要兼容javascript运算规则，本来就是一个不公平的竞争。

请注意，是1000万次，而非100万次。

9 楼 jindw 2010-07-05 02:02

jindw 写道

@Test
public void testEL() {
	Expression el = ExpressionFactoryImpl.getInstance().create(
				"1000+100.0*99-(600-3*15)%(((68-9)-3)*2-100)+10000%7*71");
	int c = 100*10000;
	ValueStack vs = new ValueStackImpl(null);
	long n1 = System.nanoTime();
	while (c-- > 0) {
		el.evaluate(vs);
	}
	long n2 = System.nanoTime();
	System.out.println((n2 - n1) );
}

而且Lite模板的JSEL本身要兼容javascript运算规则，本来就是一个不公平的竞争。

8 楼 jindw 2010-07-05 01:59

@Test
public void testEL() {
	Expression el = ExpressionFactoryImpl.getInstance().create(
				"1000+100.0*99-(600-3*15)%(((68-9)-3)*2-100)+10000%7*71");
	int c = 100*10000;
	ValueStack vs = new ValueStackImpl(null);
	long n1 = System.nanoTime();
	while (c-- > 0) {
		el.evaluate(vs);
	}
	long n2 = System.nanoTime();
	System.out.println((n2 - n1) );
}

7 楼 ffwuchang 2010-07-02 08:40

好东西,有机会用一下

6 楼 thebest 2010-07-01 21:23

有没有类似好的C语言的库？

5 楼 littleJava 2010-07-01 09:21

一直在用MVEL，
虽然还有freemarker，但是在表达式上弱于MVEL，
另：MVEL也支持模板

4 楼 chinakite 2010-07-01 09:06

有点意思，赞一个，不管是程序还是文笔都赞

3 楼 superhanliu 2010-07-01 08:40

好东西，要是有机会用用还是很不错的。

2 楼 zjumty 2010-06-30 21:40

不知道和MVEL比起来怎么样.
http://mvel.codehaus.org/Performance+of+MVEL+2.0

1 楼 hu437 2010-06-30 20:10

看看，对于做指标计算或者数据填报类的系统还是需要的~~~

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