18、跨语言编程：Java、Ruby与.NET的融合之道

time3

于 2025-11-29 09:43:09 发布

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分类专栏： Ruby企业开发实战精要文章标签：跨语言编程 Java Ruby

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跨语言编程：Java、Ruby与.NET的融合之道

1. Java与Ruby代码混合

1.1 问题提出

Java是现代企业环境和开源世界中广泛使用的编程语言，有无数的Java库可用于解决各种编程任务。而Ruby虽发展迅速，但仍缺乏一些Java中成熟的基础功能。能否将Java解决方案嵌入到Ruby程序中呢？

1.2 所需工具

安装Ruby Java Bridge (RJB)：

$ gem install rjb

下载并解压Apache Xerces XML解析器。
下载并解压JDOM。

1.3 解决方案

以验证XML文档为例，企业使用Ruby时缺少XML文档验证功能，而Java有许多优秀的验证XML解析器。

1.3.1 XML示例

以下是一个表示短消息文档的XML模式：

<xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema">
<xs:element name="sms">
<xs:complexType>
<xs:sequence>
<xs:element name='sender' type='xs:token'/>
<xs:element name='receiver' type='xs:token'/>
<xs:element name='content' type='xs:string'/>
</xs:sequence>
<xs:attribute name="created-at" type="xs:dateTime"/>
</xs:complexType>
</xs:element>
</xs:schema>

XML实例：

<sms created-at='2008-10-18T13:40:00'>
<sender>12345678</sender>
<receiver>987654321</receiver>
<content>Hello, world!</content>
</sms>

1.3.2 Java验证代码

使用Apache Xerces XML解析器验证文档：

import java.io.StringReader;
import java.io.File;
import org.jdom.Document;
import org.jdom.input.SAXBuilder;

public class SchemaValidator {
    public static Document isValid(
        String xmlFileName,
        String xmlSchemaFileName
    ) {
        try {
            final SAXBuilder builder =
                new SAXBuilder("org.apache.xerces.parsers.SAXParser", true);
            builder.setFeature(
                "http://apache.org/xml/features/validation/schema",
                true
            );
            builder.setFeature(
                "http://apache.org/xml/features/validation/schema-full-checking",
                true
            );
            builder.setFeature(
                "http://xml.org/sax/features/validation",
                true
            );
            builder.setFeature(
                "http://xml.org/sax/features/namespaces",
                false
            );
            builder.setProperty(
                "http://apache.org/xml/properties/schema/external-noNamespaceSchemaLocation",
                new File(xmlSchemaFileName).toURL().toString()
            );
            return builder.build(xmlFileName);
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("Document is invalid: " + e.getMessage());
            return null;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        String xmlFile = args[0];
        String schemaFile = args[1];
        if (isValid(xmlFile, schemaFile) != null) {
            System.out.println(xmlFile + " is valid.");
        } else {
            System.out.println(xmlFile + " is invalid.");
        }
    }
}

1.3.3 使用RJB在Ruby中集成Java代码

require 'rjb'
classpath = '.:lib/jdom.jar:lib/xercesImpl.jar'
Rjb::load(classpath)
SchemaValidator = Rjb::import('SchemaValidator')
xml_file, xml_schema_file = ARGV[0 .. 1]
doc = SchemaValidator.isValid(xml_file, xml_schema_file)
if doc.nil?
    puts "#{xml_file} is invalid."
else
    puts "#{xml_file} is valid."
    puts "Receiver: " + doc.getRootElement.getChild('receiver').getText
end

1.3.4 使用JRuby集成Java代码

require 'java'
include_class 'SchemaValidator'
xml_file, xml_schema_file = ARGV[0 .. 1]
doc = SchemaValidator.is_valid(xml_file, xml_schema_file)
if doc.nil?
    puts "#{xml_file} is invalid."
else
    puts "#{xml_file} is valid."
    puts "Sender: " + doc.get_root_element.get_child('sender').get_text
end

1.4 选择建议

RJB ：以RubyGem形式存在，能在一分钟内集成到项目中。适用于急需Java功能的Ruby项目，但不支持多线程，无法集成如Swing库等Java代码。
JRuby ：是用Java重写的Ruby解释器，具有可移植、速度快、支持真实线程等优点，能访问Java虚拟机的所有字节码，适合应用中大量使用Java代码的情况。

2. 使用RMI服务

2.1 问题提出

20世纪90年代后期，许多公司使用Java Remote Method Invocation (RMI)创建了大量Java服务。虽然现在有更好的替代方案，但仍有一些关键组件只能通过RMI客户端使用，而Ruby没有原生的RMI绑定。

2.2 所需工具

安装Ruby Java Bridge (RJB)：

$ gem install rjb

2.3 解决方案

以公司的中央用户账户管理器服务为例。

2.3.1 服务接口

package com.example;
import java.rmi.Remote;
import java.rmi.RemoteException;

public interface AccountManager extends Remote {
    User authenticate(
        String username,
        String password
    ) throws RemoteException;
}

2.3.2 用户类

package com.example;

public class User implements java.io.Serializable {
    public User(String forename, String surname) {
        this.forename = forename;
        this.surname = surname;
    }

    public String getForename() {
        return this.forename;
    }

    public String getSurname() {
        return this.surname;
    }

    public String toString() {
        return this.forename + " " + this.surname;
    }

    private String forename;
    private String surname;
}

2.3.3 账户管理服务器

package com.example;
import java.rmi.registry.Registry;
import java.rmi.registry.LocateRegistry;
import java.rmi.RemoteException;
import java.rmi.server.UnicastRemoteObject;

public class Server implements AccountManager {
    public User authenticate(String username, String password) {
        User user = null;
        if (username != null && username.equals("maik"))
            if (password != null && password.equals("t0p$ecret"))
                user = new User("Maik", "Schmidt");
        return user;
    }

    public static void main(String args[]) throws Exception {
        AccountManager manager = (AccountManager)UnicastRemoteObject.exportObject(
            new Server(), 0
        );
        Registry registry = LocateRegistry.getRegistry();
        registry.bind("AccountManager", manager);
        System.out.println("Started Account Manager.");
    }
}

2.3.4 编译和启动

mschmidt> mkdir classes
mschmidt> javac -d classes src/com/example/*.java
mschmidt> cd classes
mschmidt> rmiregistry &
mschmidt> java com.example.Server

2.3.5 Java客户端

package com.example;
import java.rmi.registry.LocateRegistry;
import java.rmi.registry.Registry;

public class Client {
    public Client() throws Exception {
        Registry registry = LocateRegistry.getRegistry();
        this.accountManager = (AccountManager)registry.lookup("AccountManager");
    }

    public User authenticate(
        String username,
        String password
    ) throws Exception {
        return this.accountManager.authenticate(username, password);
    }

    private AccountManager accountManager;
}

2.3.6 使用RJB在Ruby中集成Java客户端

require 'rjb'
classpath = 'classes'
Rjb::load(classpath)
Client = Rjb::import('com.example.Client')
client = Client.new
username, password = ARGV[0 .. 1]
user = client.authenticate(username, password)
puts user ? user.toString : "Could not authenticate #{username}."

2.4 总结

RJB通过Java Native Interface (JNI)访问Java代码，能自然地将Java代码映射到Ruby，适合重用现有Java代码，但受Ruby线程模型限制，无法使用Java的原生线程。

3. 使用IronRuby混合Ruby和.NET

3.1 问题提出

在Microsoft .NET平台上开发了很多软件，希望在新应用中使用Ruby，并利用已创建的库和.NET核心类。

3.2 所需工具

在RubyForge上找到IronRuby的二进制发行版，解压并复制到Programs文件夹，将ironruby/bin添加到路径。
下载并安装Microsoft Visual C# Express Edition。
下载并安装Oracle数据库服务器或至少安装适用于Microsoft Windows的Oracle客户端。

3.3 解决方案

以实现一个小的报告生成器为例，从Oracle数据库读取统计信息并在Windows窗口中输出。

3.3.1 数据库表定义

CREATE TABLE orders (
    id NUMBER(10) NOT NULL PRIMARY KEY,
    product VARCHAR2(100),
    state VARCHAR2(30),
    created_at DATE
);

3.3.2 C#报告类

using System;
using System.Data.OracleClient;

namespace Report {
    public class ReportData {
        public int totalOrders;
        public int closedOrders;
    }

    public class StandardReport {
        public StandardReport(string user, string password) {
            connection = new OracleConnection();
            connection.ConnectionString = GetConnectionString(user, password);
            connection.Open();
        }

        public ReportData Create() {
            ReportData reportData = new ReportData();
            OracleCommand command = connection.CreateCommand();
            command.CommandText = "select count(*) from orders";
            OracleDataReader reader = command.ExecuteReader();
            reader.Read();
            reportData.totalOrders = reader.GetInt32(0);

            command.CommandText = "select count(*) from orders where state='closed'";
            reader = command.ExecuteReader();
            reader.Read();
            reportData.closedOrders = reader.GetInt32(0);
            command.Dispose();
            return reportData;
        }

        private string GetConnectionString(string user, string password) {
            return "User ID=" + user + ";Password=" + password + ";Unicode=True";
        }

        private OracleConnection connection;
    }
}

3.3.3 生成DLL

使用Microsoft Visual Studio Edition for C#创建一个新的类库项目，添加上述代码，添加对System.Data.OracleClient的引用，在项目属性的Signing选项卡中选择“Sign the assembly”，然后构建项目，在bin\Release目录下找到Report.dll。

3.3.4 IronRuby示例

require 'Report.dll'
sr = Report::StandardReport.new('maik', 't0p$ecret')
report_data = sr.create
puts "Total orders: #{report_data.totalOrders}"

3.3.5 DLL导入方式

如果.dll文件在IronRuby的库路径中，可以直接使用 require 语句导入。
通常库程序集是全局安装的，需要更详细的指定：

require 'Report, Version=1.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=44371d941e7ae83f'

3.3.6 解析XML配置文件

require 'mscorlib'
require 'System, Version=2.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b77a5c561934e089'
require 'System.Xml, Version=2.0.0.0, Culture=neutral,PublicKeyToken=b77a5c561934e089'

Xml = System::Xml
doc = Xml::XmlDocument.new
doc.load('config.xml')

def doc.get_first_element(name)
    get_elements_by_tag_name(name).item(0).inner_text
end

user = doc.get_first_element('user')
password = doc.get_first_element('password')

3.3.7 生成报告并显示

require 'Report.dll'
StandardReport = Report::StandardReport
ReportData = Report::ReportData
class ReportData
    def to_s
        "total: #{totalOrders}/closed: #{closedOrders}"
    end
end
sr = StandardReport.new(user, password)
report_data = sr.create
puts report_data

require 'PresentationFramework, Version=3.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=31bf3856ad364e35'
require 'PresentationCore, Version=3.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=31bf3856ad364e35'

Window = System::Windows::Window
Application = System::Windows::Application
Button = System::Windows::Controls::Button
StackPanel = System::Windows::Controls::StackPanel
Label = System::Windows::Controls::Label
Thickness = System::Windows::Thickness

window = Window.new
window.title = 'Fancy .NET Report'
stack = StackPanel.new
stack.margin = Thickness.new 15
window.content = stack

[
    "Here's our Report:",
    "Total orders: #{report_data.totalOrders}",
    "Closed orders: #{report_data.closedOrders}"
].each do |message|
    label = Label.new
    label.font_size = 24
    label.content = message
    stack.children.add label
end

button = Button.new
button.content = 'Close'
button.font_size = 24
button.click { |sender, args| Application.exit }
stack.children.add button

app = Application.new
app.run window

3.4 总结

IronRuby能将Ruby代码与任何.NET代码混合，可直接使用 require 语句导入.dll文件，将C#类视为普通Ruby类。目前IronRuby处于早期开发阶段，但有很大发展潜力，是Windows平台上Ruby开发者的一个有趣选择。

4. 总结与建议

4.1 跨语言编程选择

场景	推荐方案
Ruby项目急需Java功能	RJB
应用中大量使用Java代码	JRuby
在.NET平台使用Ruby并利用现有库	IronRuby

4.2 流程图

graph LR
    A[选择跨语言场景] --> B{Ruby与Java}
    A --> C{Ruby与.NET}
    B --> D{急需Java功能}
    B --> E{大量使用Java代码}
    D --> F[RJB]
    E --> G[JRuby]
    C --> H[IronRuby]

通过以上方法，可以在不同场景下灵活地混合使用Ruby、Java和.NET，充分发挥各语言的优势。

5. 技术细节深入分析

5.1 RJB、JRuby和IronRuby的技术原理

RJB ：通过Java Native Interface (JNI) 提供对Java代码的访问。它将Java类映射到Ruby类，使得在Ruby中可以像使用普通Ruby类一样使用Java类。例如在使用RJB集成Java的账户管理客户端时， Rjb::import 方法将Java的 Client 类映射为Ruby类，从而可以在Ruby中实例化对象并调用其方法。
JRuby ：是用Java重写的Ruby解释器，它本身就是一个Java程序。这使得它能够直接访问Java虚拟机的所有字节码，并且支持Ruby方法名约定在Java类中使用，同时能将Java迭代器自动转换为 each 方法。
IronRuby ：是针对Microsoft .NET平台的Ruby实现，它允许Ruby代码与任何.NET代码混合。通过 require 语句可以直接导入.NET的DLL文件，将C#类视为普通Ruby类，实现了跨语言的无缝集成。

5.2 各技术的优缺点对比

技术	优点	缺点
RJB	以RubyGem形式存在，集成速度快，适合在Ruby项目中快速引入Java功能	不支持多线程，无法集成使用Java原生线程的代码，如Swing库
JRuby	可移植、速度快，支持真实线程，能充分利用Java虚拟机的资源，对Rails项目支持良好	需要单独安装，对于只需要少量Java功能的Ruby项目可能过于重量级
IronRuby	能与.NET平台的代码无缝集成，可直接使用.NET的类库，支持Ruby和.NET的命名约定	处于早期开发阶段，功能不完善，重要库缺失，与Ruby 1.9存在差距

5.3 代码优化建议

RJB和JRuby ：在使用时，尽量减少Java和Ruby代码之间的频繁交互，因为跨语言调用会带来一定的性能开销。可以将一些复杂的逻辑封装在Java类中，在Ruby中只进行必要的调用。
IronRuby ：对于DLL的导入，尽量使用全局安装的方式，并准确指定版本、文化和公钥令牌等信息，以避免出现兼容性问题。同时，在处理大量数据时，合理使用.NET的资源管理机制，避免内存泄漏。

6. 实际应用案例分析

6.1 企业级应用中的跨语言编程

在企业级应用开发中，可能会遇到需要同时使用多种语言的情况。例如，企业的核心业务逻辑可能使用Java或.NET编写，以保证性能和稳定性，而前端的脚本编写或快速原型开发则可以使用Ruby。
- 使用RJB或JRuby集成Java代码 ：在一个企业的Web服务中，可能需要对接收到的XML文档进行验证。可以使用Java的优秀XML解析器，如Apache Xerces，然后通过RJB或JRuby将其集成到Ruby编写的Web服务中，实现高效的XML验证功能。
- 使用IronRuby集成.NET代码 ：企业在Microsoft .NET平台上有大量的历史代码和类库，当需要开发新的应用时，可以使用IronRuby将这些.NET代码与Ruby代码混合使用，充分利用现有的资源。

6.2 项目开发流程中的跨语言协作

在项目开发过程中，不同的团队成员可能擅长不同的语言。通过跨语言编程，可以让各个团队成员发挥自己的优势。
- 前端与后端的协作 ：前端开发人员可以使用Ruby编写脚本进行页面交互和数据处理，而后端开发人员可以使用Java或.NET编写服务器端代码。通过RJB、JRuby或IronRuby实现前后端代码的集成，提高开发效率。
- 不同模块的分工 ：对于一个大型项目，可以将不同的模块分配给不同的团队，使用不同的语言进行开发。例如，数据处理模块使用Java或.NET，而业务逻辑模块使用Ruby，最后通过跨语言技术将各个模块整合在一起。

7. 未来发展趋势

7.1 跨语言编程的普及

随着软件开发的不断发展，跨语言编程将越来越普及。不同的语言在不同的领域有各自的优势，通过跨语言编程可以充分发挥这些优势，提高软件的性能和开发效率。例如，在人工智能领域，Python在数据处理和机器学习方面有很大的优势，而Java在企业级应用开发中更为成熟，通过跨语言编程可以将两者结合起来，实现更强大的功能。

7.2 技术的不断完善

RJB、JRuby和IronRuby等跨语言技术也将不断完善。随着技术的发展，它们的性能将不断提高，功能将更加完善，对不同语言和平台的支持也将更加全面。例如，IronRuby目前处于早期开发阶段，未来可能会解决功能不完善和兼容性问题，成为.NET平台上Ruby开发的主流选择。

7.3 新的跨语言技术出现

除了现有的跨语言技术，未来可能会出现更多新的跨语言技术。这些技术将更加注重跨语言的无缝集成和性能优化，为开发者提供更加便捷的跨语言编程体验。

8. 总结

通过本文的介绍，我们了解了在不同场景下如何混合使用Ruby、Java和.NET。RJB、JRuby和IronRuby等技术为我们提供了跨语言编程的解决方案，让我们能够充分发挥各语言的优势。在实际应用中，我们可以根据项目的需求和特点选择合适的技术。同时，随着跨语言编程的发展，我们也应该关注技术的未来趋势，不断学习和掌握新的跨语言技术，以适应软件开发的不断变化。

graph LR
    A[跨语言编程未来发展] --> B[跨语言编程普及]
    A --> C[现有技术不断完善]
    A --> D[新的跨语言技术出现]
    B --> E[多领域结合发挥优势]
    C --> F[性能提高功能完善]
    D --> G[更便捷的跨语言体验]

希望本文能够帮助开发者在跨语言编程的道路上更加顺利，充分利用各语言的优势，开发出更加优秀的软件。