DukeScript:随处运行Java的新尝试

　　Jaroslav Tulach是NetBeans的创始人和最初的架构师，Anton (Toni) Epple则是一位Java咨询师和培训师，最近他们凭借DukeScript获得了2014年的Duke选择奖。DukeScript这门技术希望能将Java带到一切客户端、移动终端或桌面，而不需要借助插件。DukeScript这个名字有些误导性，其实它并不是一门新的脚本语言，相反它只是尝试“将Java放到JavaScript之中”，进而实现Java最初的愿景——“一次编写，到处运行”。

　　DukeScript是这样一门技术，它支持使用Java和HTML5创建跨平台的移动和桌面应用。不同于其他将Java应用于服务器端的解决方案，DukeScript将Java应用到了客户端，而且不依赖Oracle过去用于运行Applet的插件。该技术可以运行于Android、iOS、桌面浏览器以及任何HTML5/JavaScript环境中。

　　Epple向InfoQ解释了DukeScript及相关技术是如何工作的：

一个DukeScript应用的基本架构其实非常简单，包括3个组件：一个是Java虚拟机，一个是HTML渲染组件，再就是DukeScript。DukeScript将JVM和HTML组件粘合到一起，作为运行在虚拟机中的业务逻辑和用HTML/JavaScript编写的UI之间的桥梁。

DukeScript应用运行在JVM中，使用HTML渲染器显示页面。当页面加载时，DukeScript会在内部通过Knockout.js，将该页面的动态元素绑定到数据模型。它与典型的Knockout.js应用的差别在于，数据模型由Java对象组成，用户可以在Java代码中操控这些对象。利用这种方式，业务逻辑可以完全用Java编写，与UI清晰地分离开来。

在我们支持的每一个平台上，都要找到一个JVM和一个WebView组件，并将其衔接到一起。显而易见，真正的困难在于通信，因为每个平台都略有不同。

在桌面上，我们有Hotspot VM和JavaFX WebView，而且后者可以直接与Java交互。这也很方便调试应用。当运行在HotSpot上时，我们可以使用断点、表达式求值以及IDE提供的所有其他优秀功能来调试应用。在WebView中，NetBeans可以检查DOM树，显示CSS，我们可以在应用运行时动态更新页面的HTML。

　　Epple补充说，在两大主流移动平台上，DukeScript的工作方式类似，不过使用的虚拟机和WebView不同：

在Android上，有Dalvik作为虚拟机，android.webkit.WebView用于渲染HTML和执行JavaScript。在iOS上，有RoboVM（一款通过LLVM流水线生成机器代码的AOT编译器）和NSObject.UIResponder.UiView.UIWebView。通过连接这些基本组件，我们可以在这些不同的平台上运行同样的应用。

　　在桌面浏览器上，Java代码需要翻译为相应的JavaScript片段。这可以通过Bck2Brwsr（Tulach编写的一款JVM）提前编译或即时编译。据Epple 介绍，对于JIT场景，当Web页面加载时，Bck2Brwsr会被加载进来，再由它来加载应用中的Java主类并实例化，之后是实例化Java数据模型，并实现与HTML组件的绑定。当Java代码执行时，Bck2Brwsr将其翻译为JavaScript，并在浏览器的引擎中运行。Bck2Brwsr并不是必须的，可以用其他虚拟机替代，比如可以使用TeaVM。

　　在Windows Phone上，可以使用与Android和iOS类似的解决方案，以Bck2Brwsr作为所选的JVM，但是目前尚未测试，或许还需要更多工作。

　　据Tulach 介绍，Bck2Brwsr目前有些不足：它没有使用反射，而且“该项目的目标并非来执行现有的任何Java库”。它面向的是新的、需要特殊设计的受限环境。Tulach想在以后增加很多改进，并希望得到社区的帮助：

• 使用Closure编译器来生成更紧凑的代码
  • 每个独立的库——ObfuscatePerLibrary
• 通过sammy.js或crossroads.js访问多页面
• 方法和字段支持不同的修饰符
• 对反射的更多支持（例如，在允许的情况下不要抛出SecurityException）
  • 没有private的方法/字段/构造器/类的访问
  • 可能没有字段的访问
  • 可能需要构造器的访问
• Java的调试器（JavaScript的也可以）
• 性能基准测试Sci2000
• 研究生成对asm.js而言友好的代码
• 为所有HTML5元素动态生成Java包装器（Honza）

　　该框架的另一个重要组件是HTML APIs via Java 1.0 API（HTML/Java），这是一组用于和HTML页面交互的Java API，最初是为NetBeans开发的。默认情况下，该API可以通过JavaFX WebView在桌面浏览器上与HTML交互。该API已经与Knockout做了集成，后者会提供与数据模型的绑定，所以不需要直接操作DOM。Tulach提到，该API也可以配合Controls.js使用，还可以添加对其他框架的支持（比如Angular.js等）。

　　HTML/Java API可以用于从Java中直接调用JavaScript，而反向的调用可以借助JavaScriptBody注解实现。下列代码片段就是一个例子：

@JavaScriptBody(args = {"x", "y"}, body = "return x + y;")
private static native int sum(int x, int y);

　　为简化针对浏览器编写的Java代码，并避免“冗长的JavaBeans模式”，Tulach使用了Model注解，如下面的例子所示：

@Model(className="Person", properties={
   @Property(name = "firstName", type=String.class),
   @Property(name = "lastName", type=String.class)
   @Property(name = "addresses", type=Address.class, array = true)
 })

　　通过HTTP或WebSocket，HTML/Java API使用JSON与服务器通信，这里用到了另一个注解——@OnReceive。关于这一点，Tulach写到：

它会再生成一些样板化代码，因此与服务器的数据交互就只是几行代码的事了。事实上，如果比较原始的JavaScript示例代码的大小，就会发现这正是新的HTML/Java API所擅长的。用于异步REST或WebSocket通信的Java代码要比对应的JavaScript代码短。

　　HTML/Java API在设计时力求做到尽可能简单，不依赖其他库，而且可以在不同的JVM上执行，包括HotSpot和Bck2Brwsr。

　　Epple还扩展了HTML/Java库，添加了一个HTML5 Canvas API，以及一个基于JavaFX Canvas API的游戏引擎。

　　DukeScript的网站列出了一些例子，其中包括一个简单的HTML-Java在线编辑器，这个编辑器还有一个Angular.js To-Do Demo。