用Java和Java 8创建内部DSL，采用Martin Fowler的方法

目前，我正在阅读Martin Fowler撰写的有关DSL- 特定于域的语言的精彩书籍。 围绕DSL的嗡嗡声，围绕轻松支持DSL创建的语言，以及DSL的使用使我好奇地了解和了解DSL的这一概念。 到目前为止，这本书的使用经验令人印象深刻。

马丁·福勒（Martin Fowler）在他的书中提到的DSL定义：

特定领域的语言（名词）：一种表达能力有限的计算机编程语言，专注于特定领域。


DSL并不是什么新鲜事物，它已经存在了很长时间。 人们使用XML作为DSL的一种形式。 使用XML作为DSL很容易，因为我们有XSD来验证DSL，有解析器来解析DSL，还有XSLT来将DSL转换成其他语言。 而且大多数语言为解析XML和填充其域模型对象提供了很好的支持。 诸如Ruby，Groovy等语言的出现增加了DSL的采用。 例如，使用Ruby编写的Web框架Rails广泛使用DSL。

Martin Fowler在他的书中将DSL分为内部，外部和语言工作台。 当我阅读了内部DSL概念时，我使用Java作为宿主语言在自己的简单DSL上进行了一些尝试。 内部DSL位于宿主语言中，并受宿主语言的语法功能约束。 使用Java作为宿主语言并不能给我真正清晰的DSL，但是我努力使它更接近可以舒适地理解DSL的形式。

我试图创建用于创建图的DSL。 据我所知，输入和表示图形的不同方式是： 邻接表和邻接矩阵 。 我一直发现这很难使用，尤其是在Java等语言中，这些语言没有作为一等公民的矩阵。 在这里，我试图创建一个内部DSL，以用Java填充图形。

马丁·福勒（Martin Fowler）在他的书中强调，需要保持语义模型与DSL不同，并引入一种中间表达构建器，该构建器可以从DSL填充语义模型。 通过保持这种状态，我能够通过编写不同的DSL语法和表达式构建器并同时使用相同的语义模型来实现3种不同形式的DSL。

了解语义模型

在这种情况下，语义模型是Graph类，它包含Edge实例的列表，每个Edge包含从Vertex到Vertex以及权重。 让我们看一下相同的代码：

Graph.java 

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;public class Graph {private List<Edge> edges;private Set<Vertex> vertices;public Graph() {edges = new ArrayList<>();vertices = new TreeSet<>();}public void addEdge(Edge edge){getEdges().add(edge);}public void addVertice(Vertex v){getVertices().add(v);}public List<Edge> getEdges() {return edges;}public Set<Vertex> getVertices() {return vertices;}public static void printGraph(Graph g){System.out.println("Vertices...");for (Vertex v : g.getVertices()) {System.out.print(v.getLabel() + " ");}System.out.println("");System.out.println("Edges...");for (Edge e : g.getEdges()) {System.out.println(e);}}
}

Edge.java 

public class Edge {private Vertex fromVertex;private Vertex toVertex;private Double weight;public Edge() {}public Edge(Vertex fromVertex, Vertex toVertex, Double weight) {this.fromVertex = fromVertex;this.toVertex = toVertex;this.weight = weight;}@Overridepublic String toString() {return fromVertex.getLabel()+" to "+toVertex.getLabel()+" with weight "+ getWeight();}public Vertex getFromVertex() {return fromVertex;}public void setFromVertex(Vertex fromVertex) {this.fromVertex = fromVertex;}public Vertex getToVertex() {return toVertex;}public void setToVertex(Vertex toVertex) {this.toVertex = toVertex;}public Double getWeight() {return weight;}public void setWeight(Double weight) {this.weight = weight;}
}

顶点 

public class Vertex implements Comparable<Vertex> {private String label;public Vertex(String label) {this.label = label.toUpperCase();}@Overridepublic int compareTo(Vertex o) {return (this.getLabel().compareTo(o.getLabel()));}public String getLabel() {return label;}public void setLabel(String label) {this.label = label;}
}

现在我们已经有了语义模型，让我们构建DLS。 您应该注意到，我不会更改语义模型。 语义模型不应该改变，这不是一个硬性规定，相反，可以通过添加用于获取数据或修改数据的新API来发展语义模型。 但是将语义模型紧密绑定到DSL并不是一个好的方法。 将它们分开可以帮助独立测试语义模型和DSL。

Martin Fowler陈述了创建内部DSL的不同方法：

  • 方法链接
  • 功能顺序
  • 嵌套函数
  • Lambda表达式/闭包

除了功能序列，我已经在这篇文章中说明了3。 但是我在使用Closures / Lambda表达式时使用了Functional Sequence方法。

通过方法链接实现内部DSL

我设想我的DSL是这样的： 

Graph().edge().from("a").to("b").weight(12.3).edge().from("b").to("c").weight(10.5)

为了实现这种DSL的创建，我们必须编写一个表达式生成器，该表达式生成器允许弹出语义模型并提供能够创建DSL的流畅接口 。

我创建了2个表达式构建器-一个用于构建完整的Graph，另一个用于构建单个边。 在构建Graph / Edge的过程中，这些表达式构建器始终保存中间的Graph / Edge对象。 通过在这些表达式构建器中创建静态方法，然后使用静态导入在DSL中使用它们，可以实现上述语法。

Graph()开始填充Graph模型，而edge()及其后的一系列方法： from() ， to() ， weight()填充Edge模型。 edge()也会填充Graph模型。

让我们看一下GraphBuilder，它是用于填充Graph模型的表达式构建器。

GraphBuilder.java 

public class GraphBuilder {private Graph graph;public GraphBuilder() {graph = new Graph();}//Start the Graph DSL with this method.public static GraphBuilder Graph(){return new GraphBuilder();}//Start the edge building with this method.public EdgeBuilder edge(){EdgeBuilder builder = new EdgeBuilder(this);getGraph().addEdge(builder.edge);return builder;}public Graph getGraph() {return graph;}public void printGraph(){Graph.printGraph(graph);}
}

还有EdgeBuilder，它是用于填充Edge模型的表达式生成器。

EdgeBuilder.java 

public class EdgeBuilder {Edge edge;//Keep a back reference to the Graph Builder.GraphBuilder gBuilder;public EdgeBuilder(GraphBuilder gBuilder) {this.gBuilder = gBuilder;edge = new Edge();}public EdgeBuilder from(String lbl){Vertex v = new Vertex(lbl);edge.setFromVertex(v);gBuilder.getGraph().addVertice(v);return this;}public EdgeBuilder to(String lbl){Vertex v = new Vertex(lbl);edge.setToVertex(v);gBuilder.getGraph().addVertice(v);return this;}public GraphBuilder weight(Double d){edge.setWeight(d);return gBuilder;}}

让我们尝试一下DSL： 

public class GraphDslSample {public static void main(String[] args) {Graph().edge().from("a").to("b").weight(40.0).edge().from("b").to("c").weight(20.0).edge().from("d").to("e").weight(50.5).printGraph();Graph().edge().from("w").to("y").weight(23.0).edge().from("d").to("e").weight(34.5).edge().from("e").to("y").weight(50.5).printGraph();}
}

输出将是： 

Vertices...
A B C D E 
Edges...
A to B with weight 40.0
B to C with weight 20.0
D to E with weight 50.5
Vertices...
D E W Y 
Edges...
W to Y with weight 23.0
D to E with weight 34.5
E to Y with weight 50.5

您是否发现此方法比“邻接表/邻接矩阵”方法更易于阅读和理解？ 该方法链接类似于我之前写的Train Wreck模式 。

嵌套功能的内部DSL

在嵌套函数方法中，DSL的样式不同。 在这种方法中，我会将函数嵌套在函数中以填充语义模型。 就像是： 

Graph(edge(from("a"), to("b"), weight(12.3),edge(from("b"), to("c"), weight(10.5)
);

这种方法的优点是它的层次结构自然不同于方法链接，在方法链中，我不得不以不同的方式设置代码格式。 而且这种方法不会在“表达式”构建器中保持任何中间状态，即，在解析/执行DSL时，表达式构建器不保存Graph和Edge对象。 语义模型与此处讨论的相同。

让我们看一下此DSL的表达式构建器。

NestedGraphBuilder.java 

//Populates the Graph model.
public class NestedGraphBuilder {public static Graph Graph(Edge... edges){Graph g = new Graph();for(Edge e : edges){g.addEdge(e);g.addVertice(e.getFromVertex());g.addVertice(e.getToVertex());}return g;}}

NestedEdgeBuilder.java 

//Populates the Edge model.
public class NestedEdgeBuilder {public static Edge edge(Vertex from, Vertex to, Double weight){return new Edge(from, to, weight);}public static Double weight(Double value){return value;}}

NestedVertexBuilder.java 

//Populates the Vertex model.
public class NestedVertexBuilder {public static Vertex from(String lbl){return new Vertex(lbl);}public static Vertex to(String lbl){return new Vertex(lbl);}
}

如果您已观察到上面定义的表达式构建器中的所有方法都是静态的。 我们在代码中使用静态导入来创建我们开始构建的DSL。

注意：我对表达式构建器，语义模型和dsl使用了不同的软件包。 因此，请根据您使用的软件包名称更新导入。 

//Update this according to the package name of your builder
import static nestedfunction.NestedEdgeBuilder.*;
import static nestedfunction.NestedGraphBuilder.*;
import static nestedfunction.NestedVertexBuilder.*;/**** @author msanaull*/
public class NestedGraphDsl {public static void main(String[] args) {Graph.printGraph(Graph(edge(from("a"), to("b"), weight(23.4)),edge(from("b"), to("c"), weight(56.7)),edge(from("d"), to("e"), weight(10.4)),edge(from("e"), to("a"), weight(45.9))));}
}

输出为： 

Vertices...
A B C D E 
Edges...
A to B with weight 23.4
B to C with weight 56.7
D to E with weight 10.4
E to A with weight 45.9

现在来介绍有趣的部分：如何在DSL中利用即将到来的lambda表达式支持。

使用Lambda表达式的内部DSL

如果您想知道Lambda表达式在Java中的作用，请在此花一些时间，然后再继续进行操作。

在本示例中，我们还将坚持此处描述的相同语义模型。 该DSL利用功能序列以及使用lambda表达式支持。 让我们来看看我们如何使最终的DSL像这样： 

Graph(g -> {g.edge( e -> {e.from("a");e.to("b");e.weight(12.3);});g.edge( e -> {e.from("b");e.to("c");e.weight(10.5);});}
)

是的，我知道上面的DSL充满了标点符号，但是我们必须忍受它。 如果您不喜欢它，那么可能会选择其他语言。

在这种方法中，我们的表达式构建器应接受lambda expression / closure / block，然后通过执行lambda expression / closure / block填充语义模型。 此实现中的表达式生成器以通过方法链接在DSL实现中相同的方式维护Graph和Edge对象的中间状态。

让我们看一下表达式构建器：

GraphBuilder.java 

//Populates the Graph model.
public class GraphBuilder {Graph g;public GraphBuilder() {g = new Graph();}public static Graph Graph(Consumer<GraphBuilder> gConsumer){GraphBuilder gBuilder = new GraphBuilder();gConsumer.accept(gBuilder);return gBuilder.g;}public void edge(Consumer<EdgeBuilder> eConsumer){EdgeBuilder eBuilder = new EdgeBuilder();eConsumer.accept(eBuilder);Edge e = eBuilder.edge();g.addEdge(e);g.addVertice(e.getFromVertex());g.addVertice(e.getToVertex());}
}

EdgeBuilder.java 

//Populates the Edge model.
public class EdgeBuilder {private Edge e;public EdgeBuilder() {e = new Edge();}public Edge edge(){return e;}public void from(String lbl){e.setFromVertex(new Vertex(lbl));}public void to(String lbl){e.setToVertex(new Vertex(lbl));}public void weight(Double w){e.setWeight(w);}}

在GraphBuilder您可以看到两行代码突出显示的代码。 它们利用Java 8中引入的功能接口 Consumer 。

现在，让我们使用以上表达式构建器来创建我们的DSL： 

//Update the package names with the ones you have given
import graph.Graph;
import static builder.GraphBuilder.*;public class LambdaDslDemo {public static void main(String[] args) {Graph g1 = Graph( g -> {g.edge( e -> {e.from("a");e.to("b");e.weight(12.4);});g.edge( e -> {e.from("c");e.to("d");e.weight(13.4);});});Graph.printGraph(g1);}
}

输出为： 

Vertices...
A B C D 
Edges...
A to B with weight 12.4
C to D with weight 13.4

至此，我结束了这段繁重的代码。 让我知道您是否要把它吐到3个帖子中-每个DSL实现一个。 我将其放在一个地方，这样可以帮助我们比较3种不同的方法。

总结一下：

    • 在这篇文章中，我谈到了DSL， 即 Martin Fowler在《 领域特定语言 》一书中提到的DSL。
    • 为实现内部DSL的三种方法分别提供了一种实现：
        • 方法链接
        • 嵌套函数
        • 具有功能序列的Lambda表达式

参考： 使用Java，Java 8创建内部DSL 8-在Experiences Unlimited博客中采用了JCG合作伙伴 Mohamed Sanaulla的Martin Fowler的方法 。

翻译自: https://www.javacodegeeks.com/2013/06/creating-internal-dsls-in-java-java-8-adopting-martin-fowlers-approach.html

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