Nashorn——在JDK 8中融合Java与JavaScript之力

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Walmart和Paypal。

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。