微软在动态语言支持上超越了 Java?

  • Werner Schuster
  • 李鑫

2007 年 6 月 30 日

话题:Java.NETRubyJVM语言 & 开发

当.NET 在 2000/2001 年第一次发布的时候,Java 社区认为它仅仅是从语言以及标准库上对 Java 的一个“克隆”。我们把二者的简单实例代码进行比较以后就可以很轻易地得出这样一个感受。不过,微软从它多年的 Java 经验中获益匪浅,并且成功解决了一些 Sun 现在才后知后觉的问题。Java 社区也有人开始认为,.NET 和 CLR 要比 Java 发展得更加快速。Neil Bartlett 称

我认为微软在 CLR 上的创新速度更快是非常明显的。举例来说:LINQ 就是一个极其强大的新特性(补充一下,它基于 Haskell 语言的 monads);泛型(Generics)在 C# 中也比在 Java 中得到更早、更良好的支持(两者的泛型风格都受到 Haskell 的多态类型类 [Polymorphic Type Classes] 的启发……嗯!);CLR 提供比 JVM 更好的多语言支持,而且现在它又有了 DLR,而 JVM 上还需要两年时间才能出现能够相提并论的产品。

其它的例子有:模块化以及版本控制,对此.NET 采用了 Assembly(一些类的集合)离作为基本的部署单元来解决这个问题。Assembly 包含了诸如版本信息之类的元数据,与之相反的是 Java 的 Jar 文件是缺乏这些版本信息的元数据的。这个缺陷会为那些加载了许多类库,不断增大的大型项目带来许多麻烦。目前,OSGi为这个问题提供了解决方案,而 Sun 也正在为将类似的解决方案加入 Java 7 中而忙碌着。

通过增加泛型、自动装箱(AutoBoxing)、枚举类型(Enumerated types)和 Annotations 等特性,Java 语言正在不停地追赶.NET,C# 现在提供了对匿名表达式的支持,这个特性是LINQ 技术的基础组成之一。LINQ 可以被认为是一种针对多种不同数据源的静态类型查询语言,这里说的数据源可以是 XML,可以是关系数据库,甚至可以是任意的对象图。与此同时,Java 社区还在争论语言的琐碎问题,比如说语言支持的属性(Properties),以及到底四种匿名方法(闭包)的哪一种应该被语言内建支持。

随着DLR的发布,微软再次领先了,这一次是在 CLR 对动态语言或者脚本语言的支持领域再次开始领跑。Java 领域目前还没有能够相对应的措施。Mono 项目是一个非常纯净的.NET 实现,它的发起者 Miguel de Icaza对 DLR 的特点概括如下

  • 一个针对动态语言的共享式类型系统;
  • 一个共享的 AST,可以被语言开发人员用来创建新的动态语言;
  • 针对编译器开发人员的辅助 / 工具类;
  • 一个通用的宿主接口,从而可以将通用脚本语言的接口嵌入你的程序中,并且允许开发人员用一种货多种动态语言扩展系统;
  • 控制台支持,DLR 甚至提供了一个简单的控制台接口,用于进行交互式编程。

共享式类型系统(Shared Type System)是使动态语言之间能够互动及交换对象重要因素。Jim Hugunin 揭示了隐藏在这之后的机制,并且演示了 Java 是如何处理这种情况,以及 DLR 是如何独辟蹊径的Jim Hugunin肯定明白之间的区别的,毕竟他开发了Jython 项目,一个基于 JVM 的 Python 实现。最近他转向微软平台,并且开发了 IronPython(基于 CLR 的 Python 实现)。Jim Hugunin 是这样解释其中一个问题的:

使用 Wrapper(包装器)的方式也可能会有更深层次的问题,挑战之一就是确定需要传递的对象。举例来说:如果 Python 有一个PyString对象并且它调用了一个需要Object的 C# 方法,是应该传递PyString对象呢,还是应该将它解包成一个String对象呢?这些非常难以捉摸的类型问题永远都没有一个完美的答案。更糟糕的是,想在程序员不知情的情况下对对象进行包装或者解包,而导致对象标识的丢失而引起的一些超级棘手的问题。

这些问题毫无疑问也存在于 Java 领域中,比如说JRuby 1.0 在 Java 和 Ruby 代码间处理字符串传递的方式:

  • 传入 Ruby 代码的 Java 字符串将被编码为 UTF-8,这暗示了你应该在接收参数的代码中用 UTF-8 byte[]来工作。
  • Ruby 字符串传出到 Java 时也被假定为 UTF-8,Java 端调用的返回结果应该符合该假定。

Java 领域并没有实现我们上面提到的那些东西,除了宿主接口(Hosting Interface),它将在 Java 6 中按照JSR 233的规范实现。(Java 中的)宿主接口只是一个框架,该框架提供添加新的语言运行时,并对其进行初始化和访问的标准方式。

Jim Hugunin 进一步揭示了动态方法分派是如何被处理的,这个过程利用了扩展方法(Extension Methods)以及其它已有的 CLR 系统。在 Java 方面,唯一可以相提并论的努力就是JSR 292,其中要做到的一件事就是为了加入一种新的字节码invokedynamic。这个想法来源于 Gilad Bracha,他在创建了这个 JSR 之后很快离开了 Sun 公司,现在他并不看好这个项目会在短期内有任何解决方案出台

JSR 292 是我为了解决这些问题所发起的一项努力。我希望在缺席的情况下它仍能继续下去,但这个项目还需要若干年才能出成果(如果可能的话)。坦白地说,向 JVM 为这些特性添加支持,然后使 Strongtalk 变得更稳定是更为困难的一件事情。

注:Strongtalk是一个 Smalltalk 实现,其 VM 是 HotSpot 技术的基础,而 HotSpot 技术已经随着 Sun 的 JVM 发布很长一段时间了。

JSR 292 的规范负责人 Danny Coward 则对在性能上带来的改善更有信心

动态语言引擎的创造者们正在忙于将 Ruby 代码转换成 Java 的字节码。当 JRuby 的引擎尝试着将方法调用转化成字节码时,就必须创建一个合成的接口来表现返回类型。这并不是开发人员创建出来的接口,而是由 JRuby 引擎所创建的,所以引擎可以处理这个方法调用,并且将其转化成字节码。而那就是返回的类型——对于方法参数和异常也是同样一个道理。

JSR 292 消除了对这种合成接口的需要。在今天,动态语言解释器必须输出方法调用的字节码,即使是在解释执行比如说一段 Ruby 代码的时候。明天,有了 JSR 292,解释器将会用到invokedynamic版本。这将使动态语言引擎实现变得更加简单,因为现在的许多引擎对创建新的合成接口以及做许多簿记工作烦恼不已:当一个方法在七八个不同的地方被调用时,引擎就必须在所有(调用的)地方重用那些合成接口。

值得关注的是,这些改进都将被写入 JVM 规范中,这就意味着这些特性都将被内建支持(被硬编码进去)并且在将来就不容易升级了。基于类库的方法好处在于:当处理这些系统更好的方法出现时,这个方法可以很快被采用。基于 JVM 的方法将在很长一段时间内保持不变,因为 JVM 常常会有一个很长的使用周期(作为参考:Java 1.3 现在还在被许多公司所采用)。JVM 真的会采用这种字节码,并且改进动态方法调用的速度吗?这也还有待观察。

另一个问题是官方对基于 JVM 的语言的支持和认可。目前,JRuby 有两名开发人员在领着 Sun 的薪水。其中一位是 Charles O. Nutter,他已经加入了 Jython 和 Groovy 的社区当中,这些努力是否会开始还有待于观察。考虑到微软有致力于 IronPython、IronRuby、JavaScript 以及动态 VB 支持等各种动态语言的紧密合作的开发团队,微软在这方面具有一定的优势。毕竟,DLR 是一个不同团队合作的产品,这些团队在分享他们的经验并将这些经验融入一个通用的类库和知识库中,与之相反的是,基于 JVM 的开发团队经常不得不重复吸取重要的教训。

举例而言,JRuby 的特色之一就是它的即时(Just In Time,JIT)编译器,这个编译器将在运行期将 Ruby 代码转化为 Java 字节码。问题在于:在当前版本中,这样的代码会使基于set_trace_func的调试器(这些调试器使用回调的方法来实现调试器功能)不能正常工作,因为代码不再调用这个回调。这意味着,JRuby 的调试要受到这种方式的影响。而同样的问题肯定要在每种语言中得到处理和解决,因此,共享哪怕是这样的一小部分经验或者代码,都会帮助其他人节省时间和工作。

补充观点:微软的 DLR 还有待证明自己,目前集成了 IronPython 的 DLR 已经可以在网上下载到。IronRuby 还没有发布,并且它的真实速度以及通用互操作能力还有待检验。比起.NET,Java 仍然还有被认为是更加开放,并且能运行在更多平台上的优势。不过,Miguel de Icaza看起来确信,Mono 在今年结束之前将能提供对 Silverlight 的支持

查看英文原文:Microsoft Surpasses Java's Dynamic Language Support?
译者简介:李鑫,硕士毕业于北京航空航天大学软件学院;现就职于北京用友致远。喜爱 Java 开源技术,也希望自己自己能为开源社区做力所能及的贡献,闲暇时喜欢读书、与朋友们一起打篮球。为 InfoQ 中文站贡献内容,请邮件至china-editorial[at]infoq[dot]com
Java.NETRubyJVM语言 & 开发