深入浅出Rhino：Java与JS互操作
2011年10月6日，一年一度的JavaOne大会隆重举行。JavaOne2011大会的主题之一介绍针对不同Java平台的产品路线图，这其中包括移动版(ME，Micro Edition)、标准版(SE，Standard Edition)以及企业版(EE，Enterprise Edition)。
Java SE的亮点之一就是Oracle详细阐述Java SE 8路线图。我们先来看看Java SE 8新增了哪些主要功能：
Java SE 8 新增主要功能
1、为提高开发人员工作效率，更好地利用多核处理器和增强对Java集合APIs的大容量数据处理功能，推出的Lambda表达式(“关闭”)。
2、原始Java模块系统(“项目Jigsaw”)将简化应用程序的构建、包装以及部署，让一个完全模块化的Java平台能在服务器、客户和嵌入式系统上进行定制化部署。
3、在JVM上的JavaScript改进，包括一个为JVM优化的全新JavaScript引擎Nashorn和全面的Java / JavaScript互操作性。
4、具有JavaFX 3.0形式的下一代Java客户端。包括多点触摸功能的现代设备支持。
5、完成的HotSpot / JRockit JVM集聚项目，包括性能增强和第二代的Java Flight Recorder。
其中，笔者最关心的是第三条，即JVM对JavaScript的改进。它的核心组件是JavaScript引擎Nashorn，它实现了Java与JavaScript互操作性。Nashorn一词与Rhino类似，汉语意思均为犀牛。而巧合的是，Rhino就是JavaScript引擎，它的目的就是实现Java与JavaScript的互操作性。那么Rhino究竟是什么呢?为什么说Nashorn是新一代JavaScript引擎?Rhino有什么特性?Rhino与Java及JavaScript有什么关系呢?本文将会为您一一解答。
什么是Rhino?
Rhino 是JavaScript 的一种基于Java的实现，原先由Mozilla开发，现在被集成进入JDK 6.0。下面这两行代码恰好说明了这一点。
import sun.org.mozilla.javascript.internal.Context; import sun.org.mozilla.javascript.internal.Scriptable;
Rhino汉语意思为犀牛，它的名字来源于 O'Reilly 关于 JavaScript 的书的封面，如图一所示。
图一 “犀牛“的来源
Rhino的特点如下：
JavaScript 1.5的全部特性
◆ 允许使用脚本直接操作Java
◆ 提供JavaScript Shell执行其它JavaScript脚本
◆ 提供JavaScript编译器将JavaScript源程序转换成Java类文件
Rhino相关背景
Rhino的历史可追溯到1997 年。Netscape计划开发Java版的Navigator，即Javagator。它也就是 Rhino 的前身。虽然 Javagator 未能开花结果，但是Rhino，作为Netscape 对 JavaScript 的移植语言，经过时间考验存活了下来。
如今，随着 Rhino 开放源代码，越来越多的开发者参与了 Rhino 的开发。随着Rhino的愈加成熟，越来越多的用户选择使用了Rhino。
Rhino语言特点
Java是一种面对对象的编译型语言。它首先将源代码编译成二进制字节码(bytecode)，然后依赖各种不同平台上的虚拟机来解释执行字节码，从而实现了“一次编译、到处执行”的跨平台特性。
JavaScript是一种动态、弱类型、基于原型的客户端脚本语言。JavaScript 包括一个基于对象的 API，称为文档对象模型(Document Object Model)或 DOM，用以访问和操作 Web 页面的内容，给HTML网页添加动态功能。
Rhino是一个介于Java与JavaScript之间的语言。它的基础是 Java 语言，这使得它简单易学，但相比于JavaScript脚本语言来说，它又太过复杂。不过，Rhino 的主要缺点也正是它的强大之处，Rhino 是一种轻量级的、功能强大的脚本语言。Rhino 使用原型而不是类，这使它比很多脚本语言更适合开发 GUI 应用程序，在考虑性能和风格等因素时更是如此。
Rhino语言特点的优缺点
一方面，作为一种动态类型的、基于原型的脚本语言，Rhino借用了很多JavaScript语法。比如，Rhino不再使用语句结束符( ; )，放宽了变量声明规则，并且极大地简化了修改和检索对象属性的语法。另一方面，作为JavaScript 的Java实现，Rhino语法非常类似于Java编程语言。比如，Rhino采用了与 Java 编程语言相似的循环和条件结构，并且遵循类似的语法模式来表示这些结构。
Rhino 和 Java 语言之间有一些显著的区别。Rhino 是一种基于原型的(prototype-based)语言，而不是一种基于类的(class-based)语言。Rhino中，函数和变量的声明中看不到类型，取而代之的是，使用 function关键字声明函数，使用 var关键字声明局部变量。
Rhino的原始想法是将JavaScript 编译成Java字节码执行，即采用编译执行的方式。由于由于JVM存在垃圾收集、编译和装载过程的开销过大等限制，Rhino采用了解释执行的方式。
如何下载Rhino安装包
用户可以从官网http://www.mozilla.org/rhino/ 下载Rhino，笔者下载的版本为rhino1.7R3.zip。
其中，主要的目录与文件的如下：
Src：Rhino相关Jar包对应的源代码
Javadoc：Rhino相关Jar包对应的Java说明文档
Examples：Rhino相关示例
build.xml：Rhino工程对应的Ant文件
js.jar：Rhino对应的Jar包
Rhino环境配置
在使用之前，我们需要配置环境及运行js脚本。具体如下：
1、 将下载包中的js.jar文件加入系统CLASSPATH中。
2、 运行js解释器java org.mozilla.javascript.tools.shell.Main。进入交互模式：
Rhino 1.7 release 3 2011 05 09 js>
注：第一行为js解释器的版本号，后面跟着提示符 js>
下面我们将利用js shell，使用JavaScript操纵Java对象。
JavaScript操纵Java对象
1. Rhino如何访问Java包与类文件
Java语法规定，任何代码都必须以class文件的形式存在，而每个class文件必须属于一个package，默认为default。而JavaScript并没有类似package的层级结构概念，那么如何使用Rhino访问Java类文件呢?
Rhino定义了一个top-level变量Packages。变量Packages对应的所有属性均对应Java包名。比如，我们需要访问某一个Java的Package com.example.
js> Packages.com.example [JavaPackage com.example]
简单起见，我们也可以去掉变量Packages，直接输入Java包名。因此，上述Package com.example等价与com.example，如下：
js> com.example [JavaPackage com.example]
刚才演示了如何通过js shell访问Java包，访问Java类的方式类似。假如我们需要访问标准的Java 文件类java.io.File，如下。
js> java.io.File [JavaClass java.io.File]
或者，为避免输入全名，我们先导入包，然后输入Class类名，如下：
js> importPackage(java.io) js> File [JavaClass java.io.File]
这里的importPackage(java.io)，在效果上等价于Java声明import java.io.*; 不同的是，Java会隐式import java.lang.*，而Rhino不会。因为Rhino定义的对象Boolean, Math, Number, Object, String等与Java语法完全不同，两者无法等价。
这里需要注意的是，Rhino对该语法的错误处理机制，当被访问的类存在时，Rhino加载该class，而当其不存在时，则把它当成package名称，而并不会报错。例如，当访问一个不存在的类com.example.AAA时，输入如下。
js> com.example.AAA [JavaPackage com.example.AAA]
仅当访问类AAA时，Rhino才会报错。
2. Rhino如何与Java对象交互
与Java类似，Rhino使用new操作符创建对象。
js> new java.util.Date() Thu Nov 03 16:19:04 CST 2011
可以使用JavaScript变量存储Java对象，并调用其方法，如下：
js> f = new java.io.File("sample.txt")
sample.txt
js> f.isDirectory()
false 对于static方法与变量，调用如下：
js> java.lang.Math.PI
3.141592653589793
js> java.lang.Math.cos(0)
1
在JavaScript中，方法本身就是对象，这一点与Java不同。我们可以通过下列方式查看方法的重载：
js> f.listFiles
function listFiles() {/*
java.io.File[] listFiles()
java.io.File[] listFiles(java.io.FilenameFilter)
java.io.File[] listFiles(java.io.FileFilter)
*/} 输出中列出三个重载方法。第一个为无参函数，第二与第三个对应的参数分别为FilenameFilter与FileFilter。
另一个比较有意思的特点是通过构造for..in，查看对象对应的所有方法与变量。如下：
js> for (i in f) { print(i) }
exists
parentFile
mkdir
toString
wait
[44 others] 这里列出的方法一部分来自于父类，比如wait来自父类java.lang.Object。
对于JavaBean，Rhino也提供按名字访问的简单方式。比如，通过下面这种方式，我们就可以调用File对象的getName与isDirectory方法：
js> f.name test.txt js> f.directory false
3. Rhino如何实现Java接口
JavaScript当中，方法本身就是对象。下面我们通过JavaScript语法{propertyName: value}声明一个JavaScript方法，并调用该方法如下：
js> obj = { run: function () { print("\nrunning"); } }
[object Object]
js> obj.run()
running 现在我们构造一个JavaScript对象，实现Runnable接口。并将该对象作为参数，构造一个新的线程，并启动该线程。
js> r = new java.lang.Runnable(obj); adapter1@291aff js> t = new java.lang.Thread(r) Thread[Thread-0,5,main] js> t.start() js> running
最后的js>提示符与新线程的打印输出running的先后顺序是随机的，取决于线程的调度策略。
从后端的处理流程来讲，Rhino首先为Runnable接口的实现类生成Java字节码文件。然后调用JavaScript对象定义的Run方法。
4. Rhino如何创建Java 数组
Rhino使用Java的发射机制生成数组。下面是生成2个String对象的代码：
js> array = java.lang.reflect.Array.newInstance(java.lang.String, 2); [Ljava.lang.String;@a20892 js> array[0] = "Double" Double js> array[1] = "Life" Life js> array[0] + array[1] DoubleLife js>
5. Rhino如何捕获与处理异常
与Java类似，Rhino使用try...catch关键字处理异常。
js> function classForName(name) {
try {
return java.lang.Class.forName(name);
} catch (e if e.javaException instanceof java.lang.ClassNotFoundException) {
print("Class " + name + " not found");
} catch (e if e.javaException instanceof java.lang.NullPointerException) {
print("Class name is null");
}
} > > > > > > > >
js> classForName("NonExistingClass");
Class NonExistingClass not found
js> classForName(null);
Class name is null 6. Rhino如何调用js文件
当然，除了在命令行的方式，我们还可以使用操纵JavaScript文件。下面是一段JavaScript代码，主要目的是判断该数是否为质数。代码如下：
function isPrime (num)
{
if (num <= 1) {
print("Enter an integer no less than 2.")
return false
}
var prime = true
var sqrRoot = Math.round(Math.sqrt(num))
for (var n = 2; prime & n <= sqrRoot; ++n) {
prime = (num % n != 0)
}
return prime
} 我们保存文件为C:\isPrime.js。然后我们需要调用load方法加载该脚本。最后，我们可以调用isPrime方法来判断是否为质数。
js> load("C:/isPrime.js")
js> isPrime(33);
false
js> isPrime(31)
true 需要注意的是，注意：文件分隔符需要调整，是“/”而不是“\”。
上述部分示例可以参见Rhino官方网站https://developer.mozilla.org/en/Scripting_Java。另外examples目录下很多例子都值得参考与学习。
刚才使用JavaScript操纵Java对象。接下来我们看看如何使用Java程序访问JavaScript
Java对象操纵JavaScript
下面是一段Java代码，用来运行数学表达式。代码如下：
package com.example;
import sun.org.mozilla.javascript.internal.Context;
import sun.org.mozilla.javascript.internal.Scriptable;
publicclass Test {
publicstaticvoid main(String[] args) {
Context cx = Context.enter();
try {
Scriptable scope = cx.initStandardObjects();
String str = "3/(1+2)";
Object result = cx.evaluateString(scope, str, null, 1, null);
System.out.println(str + "=" + Context.toNumber(result));
} finally {
Context.exit();
}
}
} 运行Java com.example.Test，输出结果如下：
3/(1+2)=1.0
之所以是1.0而不是1，是因为Context.toNumber(result)返回的类型为double。另一个值得注意的是，这里import的package属于JDK 6.0。因此，在不需要Rhino提供的js.jar，该程序仍能独立运行。
虽然Rhino作为JavaScript运行时，功能非常强大，但在性能上却无法与其他的JavaScript运行时(比如Google Chrome的V8 JavaScript Engine)相提并论。值得注意的是，JRuby专家Charles Oliver Nutter也开始参与Rhino项目中，以提升Rhino JavaScript运行时的速度，进而实现与V8的竞争。而Oracle在对JVM上的JavaScript改进与优化，我们有理由期待，在未来，新一代JavaScript运行时Nashorn的速度将会得到极大的提升。