IKVM - 0.42.0.3 .NET平台上的Java实现

IKVM - 0.42.0.3 .NET平台上的Java实现

IKVM是Microsoft .NET Framework和Mono平台上的一个Java实现，他包括以下一些部分:
1. 一个用.NET实现的Java虚拟机
2. Java类库的.NET实现
3. 一些用于Java和.NET之间互操作的工具集
IKVM提供2种主要的方式在.NET平台上运用Java项目。一种是动态方式，即通过IKVM .NET实现的JVM直接运行Java项目，这种方式需要动态的将Java的class或者jar等文件编译成.NET的CIL， 所以启动的时候会比较慢。另外一种是静态方式，即使用IKVM的工具先将class、jar文件编译为.NET的CIL程序集，然后在.NET framework上运行这些程序集，这种方式可以在.NET开发 中直接使用Java的类库
项目组件、程序集介绍参考 这里:
1. ikvm.exe，基本对应于java.exe的功能，用于动态运行方式
2. ikvmc.exe，基本对应于javac.exe的功能，用于静态方式
3. ikvmstub.exe，为.NET程序集生成Java class的代理文件，以便在Java中使用.NET程序集的功能

这个项目目前仍然非常活跃，从04年开始到现在一直在开发更新中。对于纯粹基于JDK的Java项目，IKVM目前应该能够处理的比较完善了， 对于使用了Swing和JNI的Java项目，IKVM也有提供支持，但不了解支持程度以及稳定性等方面
IKVM对于2中状况比较有用: 一种Java中的一些项目没有.NET实现的，另一种是某些Java开源项目存在相应的.NET port，但Java的项目很活跃一直在完善更新，而.NET port则停滞了
项目使用的lisence值得考虑，IKVM.OpenJDK.*.dll使用GPL V2，其他的IKVM项目文件使用的lisence应该是BSD之类的
下面拿StringTemplate做个测试
要求安装有JDK，在Windows环境变量中设置好JAVA_HOME路径（JDK目录），PATH中包含JDK的bin目录
下载安装IKVM，这个步骤非常简单，只需要从 IKVM下载最新的bin distribution， 解压到一个目录，将IKVM的bin目录添加到系统环境变量PATH中

1. StringTemplate的Java测试项目
从 StringTemplate下载最新的Java StringTemplate。如果下载source进行编译的话，可以使用Ant编译（项目中有build.xml文件）， 如果使用Eclipse，除了添加antlr的jar引用外，还需要使用antlr生成词法解析器、语法解析器、token等相关的java文件（在target\generated-sources目录下有已经生成好的java文件）， 放入到src\org\antlr\stringtemplate\language目录下。编译项目后用Eclipse导出stringtemplate的jar文件
我用的版本为antlr-2.7.7.jar、stringtemplate-3.2.1.jar
用Eclipse建立测试项目，添加antlr-2.7.7.jar、stringtemplate-3.2.1.jar的引用，测试用的java文件如下:
Contact.java

public class Contact {
    private String _name;
    private String _email;
    private int _score;    


    public Contact(String name, String email, int score){
        this._name=name;
        this._email=email;
        this._score=score;
    }    
    public String getName(){
        return this._name;
    }
    public String getEMail(){
        return this._email;
    }
    public int getScore(){
        return this._score;
    }
    /*
     * StringTemplate不支持在模板中做条件判断，因此下面在model中用属性实现
     */
    public Boolean getIsLevel3(){
        return this._score>1000;
    }
    public Boolean getIsLevel2(){
        return this._score>200 && this._score<=1000;
    }
    public Boolean getIsLevel1(){
        return this._score<=200;
    }
}

sttest.java

import java.util.Map;
import java.util.HashMap;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import org.antlr.stringtemplate.*;
import org.antlr.stringtemplate.language.*;


public class sttest {
    public static void main(String[] args) {
        StringTemplateGroup group =  new StringTemplateGroup("st-test"
                , "E:\\Richie\\java\\workspace\\StringTemplateTest\\lib\\st"
                , DefaultTemplateLexer.class);
        StringTemplate st = group.lookupTemplate("contact_list");
        // a simple attribute
        st.setAttribute("simple_attribute", "Hello StringTemplate!");
        // an object with properties as an attribute
        Contact c = new Contact("Richie", "[email protected]", 100);    
        st.setAttribute("contact", c);
        // collections test for Map
        Map map = new HashMap();
        map.put("key1", 111);
        map.put("key2", 222);
        map.put("key3", 333);
        st.setAttribute("items_hashtable", map);
        // collections test for Array
        int[] array = new int[3];
        array[0]=1999;
        array[1]=2888;
        array[2]=3777;
        st.setAttribute("items_array", array);
        // collections test for List
        List list = new ArrayList();
        list.add(new Contact("Jacky Pan", "[email protected]", 1608));
        list.add(new Contact("RicCC", "[email protected]", 180));
        list.add(new Contact("Richie", "[email protected]", 682));
        st.setAttribute("items_list", list);


        System.out.println(st.toString());
    }
}

直接用Eclipse将其编译为Contact.class、sttest.class文件
测试用的StringTemplate文件如下:
contact_list.st

a simple attribute: $simple_attribute$
$!this is a comment!$
a contact instance:
{ Name="$contact.Name$", EMail="$contact.EMail$" }
Items - Map:
$! 
    Remarks: 
    The following ST syntax for maps (.NET IDictionary implementations) is not supported 
    by StringTemplate C# port (Version 3.2)
!$
map.item_name: { key1 - $items_hashtable.key1$ },{ key3 - $items_hashtable.key3$ }
iterator: $items_hashtable.keys: {{ $attr$ - $items_hashtable.(attr)$ }};separator=","$
Items - Array:
{ $items_array: {value|$value$};separator=","$ }
Items - List:
$items_list: row(seq="odd"), row(seq="even")$

row.st

       $attr.Name$
       $attr.EMail$
       $attr.score$
       $if(attr.IsLevel3)$Diamond$elseif(attr.IsLevel2)$Golden$else$Standard$endif$
$\n$$! Remarks: the previous instruction will yield a line feed !$

为了方便，建立一个IKVMTest的目录，将antlr-2.7.7.jar、stringtemplate-3.2.1.jar、Contact.class、sttest.class文件都拷贝到IKVMTest目录中， 在IKVMTest中建立st目录，放入contact_list.st、row.st文件
在命令行进入IKVMTest目录，使用java sttest运行测试项目，结果如下:
    
StringTemplate C#的实现不太完善，上面java的测试项目中就有2个语法，目前StringTemplate C#的3.2版本不支持（或者是bug）， 一个是对Map元素的访问方式（即$map_entry.(key)$语法），另一个是$elseif$指令，这个指令在不少情况下会出错。正好借用IKVM项目做这个测试

2. 动态方式运行Java项目
在命令行进入IKVMTest目录，使用ikvm sttest运行测试项目，结果与使用java.exe运行完全一样。也可以看到，ikvm sttest启动时有段时间CPU占用比较高， 此时IKVM在将相关class、jar文件动态编译为CIL代码
ikvm.exe的用法参考 这里

3. 静态方式运行Java项目
首先，将antlr-2.7.7.jar转为.NET程序集
ikvmc -out:antlr-2.7.7.dll -target:library -platform:x86 antlr-2.7.7.jar
然后将stringtemplate-3.2.1.jar转为.NET程序集。因为StringTemplate引用了antlr，所以下面的命令必须使用-reference指定antlr的dll文件
ikvmc -out:stringtemplate-3.2.1.dll -target:library -platform:x86 -reference:antlr-2.7.7.dll stringtemplate-3.2.1.jar
最后，将Contact.class、sttest.class转为.NET的exe文件sttest.exe
ikvmc -out:sttest.exe -target:exe -platform:x86 -reference:antlr-2.7.7.dll -reference:stringtemplate-3.2.1.dll -main:sttest Contact.class sttest.class
上面的步骤会在我们测试目录中生成3个文件: antlr-2.7.7.dll、stringtemplate-3.2.1.dll、sttest.exe，这就是从jar、class转换过来的.NET托管程序集了

采用静态方式运行从java转换过来的项目时，需要引用IKVM相关的一些dll文件，我们可以将IKVM的dll注册到全局的GAC中，也可以把相关dll文件拷贝到我们的测试目录
这里我们直接从IKVM的bin目录，将IKVM.OpenJDK.Beans.dll、IKVM.OpenJDK.Charsets.dll、IKVM.OpenJDK.Core.dll、IKVM.OpenJDK.Security.dll、IKVM.OpenJDK.Text.dll、 IKVM.OpenJDK.Util.dll、IKVM.Runtime.dll这几个dll拷贝到我们的测试目录IKVMTest中（我猜测试项目只用到了这些dll），然后在命令行运行sttest.exe，可以看到运行结果与 前面java.exe的运行结果完全一致
ikvmc.exe的用法参考 这里

4. 在.NET中使用Java项目
接下来我们用Visual Studio建立一个.NET的测试项目，来测试在.NET下面直接使用从Java转换过来的StringTemplate
我们手工把java的测试项目port成C#的实现。用Visual Studio新建一个IKVM.Test的Console项目，引用步骤 [3. 静态方式运行Java项目] 中生成的antlr-2.7.7.dll、 stringtemplate-3.2.1.dll这2个文件，引用IKVM.OpenJDK.Core.dll文件，项目代码如下:
Contact.cs

namespace IKVM.Test
{
    using System;
    public class Contact
    {
        private String _name;
        private String _email;
        private int _score;


        public Contact(String name, String email, int score)
        {
            this._name = name;
            this._email = email;
            this._score = score;
        }
        public String getName()
        {
            return this._name;
        }
        public String getEMail()
        {
            return this._email;
        }
        public int getScore()
        {
            return this._score;
        }
        //StringTemplate不支持在模板中做条件判断，因此下面在model中用属性实现
        public Boolean getIsLevel3()
        {
            return this._score > 1000;
        }
        public Boolean getIsLevel2()
        {
            return this._score > 200 && this._score <= 1000;
        }
        public Boolean getIsLevel1()
        {
            return this._score <= 200;
        }
    }
}

Program.cs

namespace IKVM.Test
{
    using System;
    using org.antlr.stringtemplate;
    using org.antlr.stringtemplate.language;
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            StringTemplateGroup group = new StringTemplateGroup("st-test"
                , ".\\st", typeof(DefaultTemplateLexer));
            StringTemplate st = group.lookupTemplate("contact_list");
            // a simple attribute
            st.setAttribute("simple_attribute", "Hello StringTemplate!");
            // an object with properties as an attribute
            Contact c = new Contact("Richie", "[email protected]", 100);
            st.setAttribute("contact", c);
            // collections test for Map
            java.util.Map map = new java.util.HashMap();
            map.put("key1", 111);
            map.put("key2", 222);
            map.put("key3", 333);
            st.setAttribute("items_hashtable", map);
            // collections test for Array
            int[] array = new int[3];
            array[0] = 1999;
            array[1] = 2888;
            array[2] = 3777;
            st.setAttribute("items_array", array);
            // collections test for List
            java.util.List list = new java.util.ArrayList();
            list.add(new Contact("Jacky Pan", "[email protected]", 1608));
            list.add(new Contact("RicCC", "[email protected]", 180));
            list.add(new Contact("Richie", "[email protected]", 682));
            st.setAttribute("items_list", list);
            Console.Write(st.toString());
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

编译后，将IKVM.Test.exe拷贝到我们的测试目录IKVMTest，运行结果仍然与前面java.exe运行的结果完全一致。可以看到，用这样的方式，对StringTemplate C#版本不支持的语法也能正确执行了

通过上面.NET的测试项目我们可以发现以下几点:
1. 基本数据类型（例如string、int、bool）通过IKVM直接实现互操作
2. 从java转换过来的CIL项目，在.NET中使用时需要遵循java的约定
   例如上面的Contact类，java下的StringTemplate采用反射读取属性值，使用的是java下约定，通过调用getName()、getEMail()等方法 读取，.NET中使用时我们要采用同样的约定才行，而不能定义成.NET的Property
3. JDK的class libraries需要使用IKVM.OpenJDK.Core等IKVM的实现
如果我们在项目中使用IKVM，可能需要通过一些封装手段分离client对IKVM的依赖，例如上面对StringTemplate的测试，我们可以通过接口封装的方法， 将IDictionary转换成java.util.Map，将IList转换成java.util.List等，避免客户端去引用java.util等这些命名空间。某些情况下这个分离可能比较烦

性能对比
性能测试使用的st模板以及给StringTemplate设置属性的代码都跟上面的代码一样，测试结果为
[Java版本] : [StingTemplate的C#版本] : [4. 在.NET中使用Java项目] = [1.5] : [1] : [16.2]
.NET的StringTemplate实现比java版本的性能好一些，在.NET中使用IKVM静态方式性能损失比较大。IKVM存在性能损失是肯定的，但这个差距太大了，可能对于不同项目结果会不一样吧

文章中测试用的项目文件： 下载