java fel_Fel实现探秘，兼谈EL

Fel是最近javaeye比较火的关键词，这是由网友lotusyu开发的一个高性能的EL，从作者给出的数据来看，性能非常优异，跟前段时间温少开源的Simple EL有的一拼。首先要说，这是个好现象，国内的开源项目越来越多，可以看出开发者的水平是越来越高了，比如我最近还看到有人开源的类似kestel的轻量级MQ——fqueue也非常不错，有兴趣可以看下我的分析《fqueue初步分析》。

进入正文，本文是尝试分析下Fel的实现原理，以及优缺点和aviator——我自己开源的EL之间的简单比较。

Fel的实现原理跟Simple EL是类似，都是使用template生成中间代码——也就是普通的java代码，然后利用javac编译成class，最后运行，当然，这个过程都是动态的。JDK6已经引入了编译API，在此之前的版本可以调用sun的类来编译，因为javac其实就是用java实现的。回到Fel里面，FelCompiler15就是用 com.sun.tools.javac.Main来编译，而FelCompiler16用标准的javax.tools.JavaCompiler来编译的。

文法和语法解释这块是使用antlr这个parse generator生成的，这块不多说，有兴趣可以看下antlr，整体一个运行的过程是这样：

expression string -> antlr -> AST -> comiple -> java source template -> java class -> Expression

这个思路我在实现aviator之前就想过，但是后来考虑到API需要用的sun独有的类，而且要求classpath必须有tools.jar这个依赖包，就放弃了这个思路，还是采用ASM生成字节码的方式。题外，velocity的优化可以采用这个思路，我们有这么一个项目是这么做的，也准备开源了。

看看Fel生成的中间代码，例如a+b这样的一个简单的表达式，假设我一开始不知道a和b的类型，编译是这样：

FelEngine fel = new FelEngineImpl();

Expression exp = fel.compile(“a+b”, null);

System.out.println(exp);

我稍微改了下FEL的源码，让它打印中间生成的java代码，a+b生成的中间结果为：

package com.greenpineyu.fel.compile;

import com.greenpineyu.fel.common.NumberUtil;

import com.greenpineyu.fel.Expression;

import com.greenpineyu.fel.context.FelContext;

import org.apache.commons.lang.ObjectUtils;

import org.apache.commons.lang.StringUtils;

public class Fel_0 implements Expression{

public Object eval(FelContext context) {

java.lang.Object var_1 = (java.lang.Object)context.get(“b”); //b

java.lang.Object var_0 = (java.lang.Object)context.get(“a”); //a

return (ObjectUtils.toString(var_0))+(ObjectUtils.toString(var_1));

}

}

可见，FEL对表达式解析和解释后，利用template生成这么一个普通的java类，而a和b都从context中获取并转化为Object类型，这里没有做任何判断就直接认为a和b是要做字符串相加，然后拼接字符串并返回。

问题出来了，因为没有在编译的时候传入context(我们这里是null)，FEL会将a和b的类型默认都为java.lang.Object，a+b解释为字符串拼接。但是运行的时候，我完全可以传入a和b都为数字，那么结果就非常诡异了：

FelEngine fel = new FelEngineImpl();

Expression exp = fel.compile(“a+b”, null);

Map env=new HashMap();

env.put(“a”, 1);

env.put(“b”, 3.14);

System.out.println(exp.eval(new MapContext(env)));

输出：

13.14

1+3.14的结果，作为字符串拼接就是13.14，而不是我们想要的4.14。如果将表达式换成a*b，就完全运行不了

com.greenpineyu.fel.exception.CompileException: package com.greenpineyu.fel.compile;

import com.greenpineyu.fel.common.NumberUtil;

import com.greenpineyu.fel.Expression;

import com.greenpineyu.fel.context.FelContext;

import org.apache.commons.lang.ObjectUtils;

import org.apache.commons.lang.StringUtils;

public class Fel_0 implements Expression{

public Object eval(FelContext context) {

java.lang.Object var_1 = (java.lang.Object)context.get(“b”); //b

java.lang.Object var_0 = (java.lang.Object)context.get(“a”); //a

return (var_0)*(var_1);

}

}

[Fel_0.java:14: 运算符 * 不能应用于 java.lang.Object,java.lang.Object]

at com.greenpineyu.fel.compile.FelCompiler16.compileToClass(FelCompiler16.java:113)

at com.greenpineyu.fel.compile.FelCompiler16.compile(FelCompiler16.java:87)

at com.greenpineyu.fel.compile.CompileService.compile(CompileService.java:66)

at com.greenpineyu.fel.FelEngineImpl.compile(FelEngineImpl.java:62)

at TEst.main(TEst.java:14)

Exception in thread “main” java.lang.NullPointerException

at TEst.main(TEst.java:18)

这个问题对于Simple EL同样存在，如果没有在编译的时候能确定变量类型，这无法生成正确的中间代码，导致运行时出错，并且有可能造成非常诡异的bug。

这个问题的本质是因为Fel和Simple EL没有自己的类型系统，他们都是直接使用java的类型的系统，并且必须在编译的时候确定变量类型，才能生成高效和正确的代码，我们可以将它们称为“强类型的EL“。

现在让我们在编译的时候给a和b加上类型，看看生成的中间代码：

FelEngine fel = new FelEngineImpl();

fel.getContext().set(“a”, 1);

fel.getContext().set(“b”, 3.14);

Expression exp = fel.compile(“a+b”, null);

Map env = new HashMap();

env.put(“a”, 1);

env.put(“b”, 3.14);

System.out.println(exp.eval(new MapContext(env)));

查看中间代码：

package com.greenpineyu.fel.compile;

import com.greenpineyu.fel.common.NumberUtil;

import com.greenpineyu.fel.Expression;

import com.greenpineyu.fel.context.FelContext;

import org.apache.commons.lang.ObjectUtils;

import org.apache.commons.lang.StringUtils;

public class Fel_0 implements Expression{

public Object eval(FelContext context) {

double var_1 = ((java.lang.Number)context.get(“b”)).doubleValue(); //b

double var_0 = ((java.lang.Number)context.get(“a”)).doubleValue(); //a

return (var_0)+(var_1);

}

}

可以看到这次将a和b都强制转为double类型了，做数值相加，结果也正确了：

4.0001

Simple EL我没看过代码，这里猜测它的实现也应该是类似的，也应该有同样的问题。

相比来说，aviator这是一个弱类型的EL，在编译的时候不对变量类型做任何假设，而是在运行时做类型判断和自动转化。过去提过，我给aviator的定位是一个介于EL和script之间的东西，它有自己的类型系统。例如，3这个数字，在java里可能是long,int,short,byte，而aviator统一为AviatorLong这个类型。为了在这两个类型之间做适配，就需要做很多的判断和box,unbox操作。这些判断和转化都是运行时进行的，因此aviator没有办法做到Fel这样的高效，但是已经做到至少跟groovy这样的弱类型脚本语言一个级别，也超过了JXEL这样的纯解释EL，具体可以看这个性能测试。

强类型还是弱类型，这是一个选择问题，如果你能在运行前就确定变量的类型，那么使用Fel应该可以达到或者接近于原生java执行的效率，但是失去了灵活性；如果你无法确定变量类型，则只能采用弱类型的EL。

EL涌现的越来越多，这个现象有点类似消息中间件领域，越来越多面向特定领域的轻量级MQ的出现，而不是原来那种大而笨重的通用MQ大行其道，一方面是互联网应用的发展，需求不是通用系统能够满足的，另一方面我认为也是开发者素质的提高，大家都能造适合自己的轮子。从EL这方面来说，我也认为会有越来越多特定于领域的，优点和缺点一样鲜明的EL出现，它们包含设计者自己的目标和口味，选择很多，就看取舍。