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Java语言的动态性支持(一)

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一、脚本语言的支持


    JSR 223中规范了在Java虚拟机上运行的脚本语言与Java程序之间的交互方式。JSR 233是JavaSE6的一部分,在Java表中API中的包是javax.script。目前Java虚拟机支持比较多的脚本语言,比较流行的有JavaScript、Scala、JRuby、Jython和Groovy等。

1. 脚本引擎
    Java中执行脚本需要脚本语言对应的脚本引擎,JSR 223定义了脚本引擎的注册和查找机制。JavaSE6中自带了JavaScript语言的脚本引擎,基于Mozilla的Rhino实现,可以通过三种方式查找脚本引擎:
    ① 通过脚本名称获取:
       
ScriptEngine engine = new ScriptEngineManager().getEngineByName("JavaScript");

    ② 通过文件扩展名获取:
       
ScriptEngine engine = new ScriptEngineManager().getEngineByExtension("js");

    ③ 通过MIME类型来获取:
       
ScriptEngine engine = new ScriptEngineManager().getEngineByMimeType("text/javascript");


    如下代码,查找注册JavaScript脚本引擎,打印"Hello!",JavaScript脚本中的println是Rhino引擎额外提供的方法。
public class BasicScripting {
    public void greet() throws ScriptException {
        ScriptEngineManager manager = new ScriptEngineManager();
        ScriptEngine engine = manager.getEngineByName("JavaScript");
        //ScriptEngine engine = manager.getEngineByExtension("js");
        //ScriptEngine engine = manager.getEngineByMimeType("text/javascript");
        if (engine == null) {
            throw new RuntimeException("找不到JavaScript语言执行引擎。");
        }
        engine.eval("println('Hello!');");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        try {
            new BasicScripting().greet();
        } catch (ScriptException ex) {
            Logger.getLogger(BasicScripting.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }
    }
}


2. 语言绑定
   脚本语言支持API使用语言绑定对象实现Java语言编写的程序与脚本语言间的数据传递。语言绑定对象实际上就是一个简单的哈希表,用来存放和获取需要共享的数据,其定义的接口为javax.script.Bindings,继承自java.util.Map接口。一个脚本引擎在执行过程中可能会使用多个语言绑定对象,不同语言绑定对象的作用域不同。ScriptEngine类提供out和get方法对脚本引擎中特定作用域的默认语言绑定对象进行操作。

使用默认的语言绑定对象:
    public void useDefaultBinding() throws ScriptException {
        ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
        engine.put("name", "Alex");
        engine.eval("var message = 'Hello, ' + name;");
        engine.eval("println(message);");
        Object obj = engine.get("message");
        System.out.println(obj);
    }


亦可以自定义语言绑定对象(如语言绑定对象中包含程序自己独有的数据等情形……):
    public void useCustomBinding() throws ScriptException {
        ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
        Bindings bindings = new SimpleBindings();
        bindings.put("hobby", "playing games");
        engine.eval("println('I like ' + hobby);", bindings);
    }


3. 脚本执行的上下文
    脚本引擎通过执行过程中的上下文对象获取与脚本执行相关的信息,同时允许程序员通过此对象配置脚本引擎的行为。其上下文对象来自javax.script.ScriptContext接口,类似于J2EE中javax.servlet.ServletContext接口,该接口主要包含3类信息:

① 输入输出
    默认情况下,脚本输入输出都是在标准控制台中,可以通过setReader和setWriter方法对输出流进行重定向,可以通过setErrorWriter方法进行错误输出重定向。
    //例:将输出重定向到文件
    public void scriptToFile() throws IOException, ScriptException {
        ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
        ScriptContext context = engine.getContext();
        context.setWriter(new FileWriter("output.txt"));
        engine.eval("println('Hello World!');");
    }


② 自定义属性
    上下文中通过setAttribute和getAttribute方法获取和设置属性,类似于ServletContext中设置和获取属性操作。与ServletContext中不同的是,ScriptContext中的属性是有作用域之分的,ScriptContext按不同的顺序在不同的作用域中进行属性查找(类似于JSP中EL表达式属性的作用域)。通过ScriptContext的getScopes可以得到其中所有可用的作用域,其中预定义了两个作用域:常量ScriptContext.ENGINE_SCOPE(当前的脚本引擎)和ScriptContext.GLOBAL_SCOPE(从同一引擎工厂中创建的所有脚本引擎对象)。
    public void scriptContextAttribute() {
    	ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
        ScriptContext context = engine.getContext();
        context.setAttribute("name", "Alex", ScriptContext.GLOBAL_SCOPE);
        context.setAttribute("name", "Bob", ScriptContext.ENGINE_SCOPE);
        context.getAttribute("name"); //值为Bob
    }


③ 语言绑定对象
    语言绑定对象位于ScriptContext中,同样也有作用域之分,范围越小,优先级越高。执行如下代码,输出的name值为Bob。
    public void scriptContextBindings() throws ScriptException {
        ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
        ScriptContext context = engine.getContext();
        Bindings bindings1 = engine.createBindings();
        bindings1.put("name", "Alex");
        context.setBindings(bindings1, ScriptContext.GLOBAL_SCOPE);
        Bindings bindings2 = engine.createBindings();
        bindings2.put("name", "Bob");
        context.setBindings(bindings2, ScriptContext.ENGINE_SCOPE);
        engine.eval("println(name);");    //Bob
    }


    也可以通过ScriptContext获取语言绑定对象:
    public void useScriptContextValues() throws ScriptException {
    	ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
        ScriptContext context = engine.getContext();
        Bindings bindings = context.getBindings(ScriptContext.ENGINE_SCOPE);
        bindings.put("name", "Alex");
        engine.eval("println(name);");
    }

    前面说到语言绑定对象存在于上下文环境中,故context中保存的自定义属性其实也是保存于语言绑定对象中的,如2中的语言绑定。
    public void attributeInBindings() throws ScriptException {
    	ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
    	ScriptContext context = engine.getContext();
    	context.setAttribute("name", "Alex", ScriptContext.GLOBAL_SCOPE);
    	engine.eval("println(name);");
    }


4. 脚本编译
    脚本语言一般均是解释执行的,相对于编译执行的语言,效率较低一些。当脚本语言需要多次重复执行时,可以先对煎熬本进行编译,避免重复解析,提高效率(注:脚本编译需要脚本引擎支持,实现javax.script.Compilable接口)。JavaSE中自带的JavaScript引擎是支持对脚本进行编译的,编译的脚本用javax.script.CompiledScript来表示。
public class ScriptCompile extends JsScriptRunner {
    //对脚本进行编译
    public CompiledScript compile(String scriptText) throws ScriptException {
        ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
        if (engine instanceof Compilable) {
            CompiledScript script = ((Compilable) engine).compile(scriptText);
            return script;
        }
        return null;
    }
    
    //先编译再执行
    public void run(String scriptText) throws ScriptException {
        CompiledScript script = compile(scriptText);
        if (script == null) {
            return;
        }
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            script.eval();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ScriptCompile sc = new ScriptCompile();
        try {
            sc.run("println('Hello');");
        } catch (ScriptException ex) {
            Logger.getLogger(ScriptCompile.class.getName()).log(Level.SEVERE, null, ex);
        }
    }
}


5. 方法调用
    Java虚拟机支持脚本的意义在于实现函数式的编程,即脚本中最重要的便是方法。一些脚本引擎允许使用者单独调用脚本中的某个方法,支持此操作的脚本引擎可以通过实现javax.script.Invocable接口,支持顶层方法或者某对象中成员方法的调用。使用方法调用时最好先检查脚本引擎是否实现了Invocable接口,JavaSE中的JavaScript引擎已实现了Invocable接口。

① 在Java中调用脚本中的顶层方法
    public void invokeFunction() throws ScriptException, NoSuchMethodException {
        ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
        String scriptText = "function greet(name) { println('Hello, ' + name); } ";
        engine.eval(scriptText);
        Invocable invocable = (Invocable) engine;
        invocable.invokeFunction("greet", "Alex");
    }


② 调用脚本中某对象的成员方法
    public void invokeMethod() throws ScriptException, NoSuchMethodException {
        ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
        String scriptText = "var obj = { getGreeting : function(name) { return 'Hello, ' + name; } }; ";
        engine.eval(scriptText);
        Invocable invocable = (Invocable) engine;
        Object scope = engine.get("obj");
        Object result = invocable.invokeMethod(scope, "getGreeting", "Alex");   //第一个参数为方法所属对象
        System.out.println(result);
    }


③ 指定脚本中的方法为Java接口的实现
    Greet是Java实现的接口,包含一个方法getGreeting,通过Invocable.getInterface()方法指定脚本中的方法为Java接口的实现。
    public void useInterface() throws ScriptException {
        ScriptEngine engine = getJavaScriptEngine();
        String scriptText = "function getGreeting(name) { return 'Hello, ' + name; } ";
        engine.eval(scriptText);
        Invocable invocable = (Invocable) engine;
        Greet greet = invocable.getInterface(Greet.class);
        System.out.println(greet.getGreeting("Alex"));
    }



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