平均分 (0个评分)随着 IT 技术的普及和发展，用户的信息化水平越来越高，软件产品除了满足用户的基本需求之外，还必须越来越照顾到用户的个性化需求，为用户提供深层次的个性化服务。以一个包含报表展示功能的产品为例，默认呈现给所有用户完全相同的报表，即同一个报表的字段内容和标签对所有用户完全相同。而在实际中，我们常常会遇到不同的用户由于其业务需求的不同，对于同一张报表，除基本数据字段之外，还要求额外增加符合该用户特定业务含义的字段，我们称之为用户自定义字段（Custom Metric）。这类需求在财务报表，数据分析报表中是比较常见。对于用户自定义字段，不同的用户给定不同的计算公式，甚至对于同一个用户的同一个字段，其计算公式也可能会随着时间推移而改变。一种直观的方法就是将所有用户有可能用到的字段都存储起来，然后再对不同的用户实现不同的字段，这样不仅会造成存储空间的浪费，而且后期的维护成本也十分高昂。本文将介绍一种基于 JEP 和可配置公式的解决方案，在不增加额外存储空间的情况下，灵活快速的解决用户的该类需求，并且具有良好的维护性和扩展性。
考虑到很多人对 JEP 还比较陌生，在介绍整个实现方案之前，有必要先让您对 JEP 有一个初步的了解。
JEP（Java Math Expression Parser）是一个第三方的 Java 工具包，提供了一套用于解析和计算数学表达式的类库，其核心功能就是计算公式的解析和结果的计算。在 JEP2.4.1 版本之前为符合 GPLv3 协议的开源免费包，你可以在 sourceforge 网站上下载和使用。使用 JEP 提供的 API，可以根据用户给定的公式来即时计算结果。JEP 支持用户自定义变量、常量和函数。在 JEP 中，已经预先包含大量的可使用的通用数学函数和常量，可满足日常的绝大部分数学计算需求。其官方网站是http://www./jep/，大家可以在该网站上下载试用版本和相关文档。
JEP 具有如下的特性：
- 文件小巧（jar archive 文件大小在 300k 以下）
- 快速求值
- 精度高，计算中使用 BigDecimal
- 包含常见的数学函数和运算符
- 支持布尔型表达式
- 良好的可扩展和可配置性
- 支持字符串，向量和复杂数值
- 支持隐式乘法
- 允许声明的或者未声明的变量
- 兼容 JAVA1.5
- 支持 Unicode 字符
- 大量的开发文档供参考
- 包含 JAVACC 语法分析生成器可自动生成 main class
JEP 对一个表达式的计算分为两个步骤。JEP 首先会对表达式进行解析，解析后会生成一个树形结构，接下来会基于这个树形结构进行快速求值。其工作流程图如下：
图 1. JEP 工作流程图
从上图可以看出，JEP 的工作过程十分简单。下面举一个简单的例子进行进一步说明，让您对 JEP 有一个更加直观的了解。
清单 1. JEP 简单示例
Jep jep = new Jep();
try {
int x = 10;
//1. 设置变量的值
jep.addVariable("x", x);
//2. 载入并解析公式
jep.parse("x+1");
//3. 计算结果
Object result = jep.evaluate();
//4. 输出显示
System.out.println("x + 1 = " + result + " (When x="+x+")");
} catch (Exception e) {
System.out.println("An error occured: " + e.getMessage());
}
输出结果：x + 1 = 11.0 (When x=10)
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经过以上的介绍，想必您已经对 JEP 有一个初步的认识，那么接下来就可以开始进入本文的主题了。
本方案的整体设计如下图所示：
图 2. 整体设计图
在本方案中，JEP 提供了一套用于对数学表达式的解析和计算类库，可以对用户配置的计算公式进行解析，并快速计算求值。通过将计算公式设计拥有按用户隔离、配置化管理以及运行时载入三个特性，我们便可以对同一字段针对不同的用户配置不同的计算公式。对于计算后的用户的自定义字段，我们可以根据不同的业务需求，可以直接在 UI 上展示，或者存储如数据，或者作为中间结果供其他用途。
JEP 为整个功能设计的核心，主要对公式进行读取和解析，并为计算中遇到的变量赋值，并且计算结果。
对于计算公式，考虑到灵活性和可扩展性，我们将各个用户的自定义公式保存在配置文件中，其具备如下特性：
- 按用户隔离
每一个用户都使用独立文件存放计算公式，用户之间不会相互干扰，实现用户公式的个性化配置。
- 配置化管理
提供修改功能，保持程序的灵活性和可扩展性。在新增自定义字段或者改变计算公式时，无需修改代码，只需要重新对计算公式进行配置即可。
- 运行时载入
修改配置后，无需重启应用，也可将配置的公式载入运行时系统中。
在系统启动时会读取配置文件，在系统运行过程中，提供对用户的自定义公式的再配置功能并重新加载，在无需重启服务器的情况下让新配置的公式生效。
另外，由于计算公式不同而带来的字段业务含义不同，如用户自定义字段需要显示在 UI 上，为了使显示内容更加友好，我们可以为用户自定义字段提供可配置化的标签，最终使用户的自定义字段的标签与内容相匹配。下面的示例中也包含了这部分的实现。
下面将以一个实际的例子并结合代码的方式，来具体说明该方案。
假设有一个消费者到一家快餐店，由于又渴又饿让他食欲大增，他告诉商家他需要 5 杯可乐和 10 个汉堡。庆幸的是，正好这时快餐店在搞活动，他在享用大餐的同时，也可以节省一点费用。另外，对于供应商来说，他也会关心在这笔交易中的利益。于是有了如下两个表格：
表 1. 交易清单
| 产品编号 | 产品名称 | 原售价 | 折扣 | 数量 | 经营成本 | 进货价 | 供货成本 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 001 | 可乐 | 3.2 | 0.2 | 5 | 0.2 | 2.5 | 2 |
| 002 | 汉堡 | 10 | 2 | 10 | 1 | 6 | 5 |
对于这一笔生意，不同的用户关心的内容不同，于是有如下的需求表：
表 2. 角色需求表
| 角色 | 需求说明 | 字段 A | 字段 B |
|---|---|---|---|
| 消费者 | 我关心付了多少钱，节省了多少钱，能省钱当然开心了 | 支出 | 节省 |
| 商家 | 我关心我的收入和利润 | 收入 | 利润 |
| 供应商 | 我也关心我的收入和利润 （请注意：虽然我和商家关心的内容看似一样，不过我们的计算方法不同哦！） | 收入 | 利润 |
如何来解决不同角色关心不同内容的需求呢？下面通过展示具体得代码来说明实现过程。
首先我们列出整体的代码结构图，让您有一个整体的认识，两部分主程序和配置文件。如下图：
图 3. 主程序代码结构图
图 4. 配置文件结构图
定义产品交易类 ProductDeal.java，包含如下字段及相应的 getter 和 setter 方法：
清单 2. 数据对象定义
public class ProductDeal {
/** 标识 */
private String productId;
/** 名称 */
private String productName;
/** 售价 */
private Double unitPrice;
/** 单位减价 */
private Double unitPriceOff;
/** 销量 */
private Integer volume;
/** 商家经营成本 */
private Double unitOperationCost;
/** 供应商价格 */
private Double unitSupplierPrice;
/** 供应商成本 */
private Double unitSupplierCost;
/** 自定义字段 A*/
private Double customMetricA;
/** 自定义字段 B*/
private Double customMetricB;
/**getter/setter 方法略 */
...
...
}
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本案例中设计到三个类用户，分别为他们创建用户账号，见如下清单。
清单 3. 用户账号管理类 UserAccount.java
public class UserAccount {
/** 消费者 */
public static String USER_CUSTOMER= "CUSTOMER";
/** 商家 */
public static String USER_SELLER= "SELLER";
/** 供应商 */
public static String USER_SUPPLIER= "SUPPLIER";
}
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对于本例中的两个自定义字段 customMetricA 和 customMetricB，每个字段都对应一个公式名称。
清单 4. 配置文件 metricFormulaConfig.properties
customMetricA=formulaA customMetricB=formulaB |
对于同一个公式名称，不同的用户可以在其单独的配置文件中配置计算表达式，以实现其个性化需求。
清单 5. 消费者的公式配置文件 config/customer/formula.properties
formulaA= (unitPrice-unitPriceOff) * volume formulaB= unitPriceOff * volume |
清单 6. 消费者对应的字段标签配置 config/customer/label.properties
customMetricA= 消费者支出 customMetricB= 消费者节省 |
清单 7. 商家的公式配置文件 config/seller/formula.properties
formulaA=(unitPrice-unitPriceOff) * volume formulaB=customMetricA - (unitOperationCost + unitSupplierPrice) * volume |
注意：对于商家的自定义字段的计算，customMetricB 的计算需要使用到 customMetricA 的数值，所以在计算的时候需要考虑计算顺序，确保 customMetricB 在 customMetricA 之前计算。该功能在实际应用中可以避免重复计算。
清单 8. 商家对应的字段标签配置 config/seller/label.properties
customMetricA= 商家收入 customMetricB= 商家利润 |
清单 9. 供应商的公式配置文件 config/supplier/formula.properties
formulaA=customMetricB - unitSupplierCost * volume formulaB=unitSupplierPrice * volume |
清单 10. 供应商对应的字段标签配置 config/supplier/label.properties
customMetricA= 供应商利润 customMetricB= 供应商收入 |
注意：对于供应商的自定义字段的计算，customMetricA 的计算需要使用到 customMetricB 的数值，所以在计算的时候需要考虑计算顺序，确保 customMetricB 在 customMetricA 之前计算。
创建并配置好这些配置文件之后，需要将这些配置文件中的内容载入，于是我们需要用到配置管理工具类。其分别有三个方法，用于载入前述的三类配置文件。 目前的这些配置信息是以 properties 文件的形式存储。当然，在实际应用中，采用数据库或者 xml 文件的形式进行存储，也可以达到同样的效果，只需要相应的修改配置管理类的实现即可。
清单 11. 配置管理类 ConfigurationUtil.java
/**
* 载入自定义字段和公式名称的映射信息
*/
public static void loadMetricFormulaMapping(){ …… }
/**
* 载入用户的自定义公式信息
*/
public static void loadFormulas(String user){ …… }
/**
* 载入用户自定义字段标签信息
*/
public static void loadLabels(String user){ …… }
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JEP 在计算之前需要提前设置好所有用于计算的变量的值，在 JEP 计算完成之后，将计算结果存储起来供进一步使用。JEP 对这些变量的值的来源并不关心，一般来讲，变量的值会来自于 Java VO 对象，也可以来源于 ResultSet 对象。为了统一的获取变量的值和存放计算结果，在这里创建了一个 IValueable.java 接口类，其实现非常简单：
清单 12. 数据转换接口 IValuable.java
public interface IValuable{
/**
* 通过字段名称获取字段值
*/
public Double getValue(String fieldName) throws Exception;
/**
* 设置字段名称和计算结果
*/
public void setValue(String fieldName,Double result) throws Exception;
}
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下面给出一个基于 Java VO 的实现，其中利用 Apache 的 BeanUtils 来根据字段名称获取字段的值：
清单 13. IValuable 接口的 Java VO 实现类 ObjectValueBean.java
public class ObjectValueBean implements IValuable{
public Object object;
public Map<String,Double> resultMap = new HashMap<String,Double>();
public ObjectValueBean(Object object) {
this.object = object;
}
public Object getObject() {
return object;
}
public void setObject(Object object) {
this.object = object;
}
@Override
public Double getValue(String fieldName) throws Exception{
//TODO Auto-generated method stub
if (resultMap.containsKey(fieldName))
return resultMap.get(fieldName);
else
return new Double(BeanUtils.getProperty(object,fieldName));
}
@Override
public void setValue(String fieldName, Double result) throws Exception {
// TODO Auto-generated method stub
BeanUtils.setProperty(object, fieldName, result);
resultMap.put(fieldName, result);
}
}
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类似的我们也可以实现以 ResultSet 为数据源的 IValuable 接口实现类。
JEP 部分是整个实现的核心，在用户公式给定之后，JEP 要根据用户信息读入用户的公式，对公式进行校验（确保计算表达式配置正确，无字段的循环引用等），并根据字段之间的依赖关系设定好字段的计算顺序，对给定数据进行计算和处理。
清单 14. Jep 工具类 JepUtil.java
/**
* 初始化
*/
public void init(String user) throws Exception
{
setUser(user);
formulaEvaluatorMap= new HashMap<String,JepFormulaEvaluator>();
calculationOrder = new LinkedHashSet<String>();
initCalculatorOrder();
}
/**
* 初始化计算顺序，当存在字段的循环引用时会抛出异常
*/
private void initCalculatorOrder() throws Exception
{
if (ConfigurationUtil.getMetricFormulaMap()== null
|| ConfigurationUtil.getMetricFormulaMap().keySet().isEmpty()
|| ConfigurationUtil.getFormulaMap(user)== null
|| ConfigurationUtil.getFormulaMap(user).keySet().isEmpty())
return ;
List<String> order = new ArrayList<String>();
for (Object fieldName:ConfigurationUtil.getMetricFormulaMap().keySet()) {
this.addFormulaFields((String)fieldName, order,(String)fieldName);
}
calculationOrder.addAll(order);
}
/**
* 对每一行记录进行处理，包括如下步骤
* a) 公式解析
* b) 变量赋值
* c) 计算
* d) 存储计算结果
*/
public void processRow(IValuable valuable) throws Exception {
for (String fieldName : calculationOrder){
if(ConfigurationUtil.getMetricFormulaMap().keySet().contains(fieldName)){
String formulaKey = (String)ConfigurationUtil.getMetricFormulaMap().get(fieldName);
JepFormulaEvaluator jep = formulaEvaluatorMap.get(formulaKey);
jep.addVariables(valuable);
Double result = jep.evaluate();
valuable.setValue(fieldName, result);
}
}
}
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公式的解析、赋值和计算的工作，最终由 JepFormulaEvaluator.java 来实现。在 JepFormulaEvaluator 类中，构造函数需要传入 formula 表达式，在设置变量值时需要传入 IValuable 对象实例作为数据来源。
清单 15. Jep 公式计算类 JepFormulaEvaluator.java
/** 构造函数 */
public JepFormulaEvaluator(String formula){
this .formula = formula;
}
/**
* 解析公式表达式
*/
public boolean parse() throws ParseException {
if (formula == null ) {
return false ;
}
node = jep.parse(formula);
return true ;
}
/**
* 变量赋值
*/
public void addVariables(IValuable valuable) throws Exception{
Set<String> children = this .findChildren();
for (String child : children) {
jep.addVariable(child, valuable.getValue(child));
}
}
/**
* 计算结果
*/
public Double evaluate() throws EvaluationException {
result = (Double)jep.evaluate();
return result;
}
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在编写完上述代码之后，我们就可以应用它来解决我们在一开始提出的案例需求，见下面 CustomMetricExample.java 类的实现。请注意，我们定义了一个 postAction() 方法，此处我们将结果直接打印在控制台，在实际应用中可以将结果显示在 UI 上，也可以保存到数据库，另外也可以作为中间结果供其他用途，也只需要编写相应代码就可实现。
清单 16. 案例实现 CustomMetricExample.java
public class CustomMetricExample {
JepUtil jepUtil = new JepUtil();
List<IValuable> valueList;
/**
* 载入测试数据
*/
public void loadData() {
List<IValuable> valueList = new ArrayList<IValuable>();
ProductDeal productDeal1 = new ProductDeal();
productDeal1.setProductId("001");
productDeal1.setProductName("可乐");
productDeal1.setUnitPrice(3.2);
productDeal1.setUnitPriceOff(0.2);
productDeal1.setUnitOperationCost(0.2);
productDeal1.setUnitSupplierPrice(2.5);
productDeal1.setUnitSupplierCost(2.0);
productDeal1.setVolume(5);
valueList.add( new ObjectValueBean(productDeal1));
ProductDeal productDeal2 = new ProductDeal();
productDeal2.setProductId("002");
productDeal2.setProductName("汉堡");
productDeal2.setUnitPrice(10.0);
productDeal2.setUnitPriceOff(2.0);
productDeal2.setUnitOperationCost(1.0);
productDeal2.setUnitSupplierPrice(6.0);
productDeal2.setUnitSupplierCost(5.0);
productDeal2.setVolume(10);
valueList.add( new ObjectValueBean(productDeal2));
this.valueList = valueList;
}
/**
* 计算用户的自定义字段
*/
public void calculateCustomMetricForUser(String user) throws Exception {
jepUtil.init(user);
for (IValuable valuable : valueList) {
jepUtil.processRow(valuable);
}
this.postAction(user);
}
/**
* 后处理操作
* 可以直接显示在 UI 上，也可以存储到数据库中，或作为中间结果供其他用途
*/
private void postAction(String user) {
//Display on UI
for(IValuable valuable : valueList) {
ProductDeal productDeal = (ProductDeal)((ObjectValueBean)valuable).getObject();
System.out.println(user +" "+ productDeal.getProductName());
System.out.println("customMetricA" + " ==> "+ ConfigurationUtil.getLabel(
user,"customMetricA")+"=" + productDeal.getCustomMetricA());
System.out.println("customMetricB" + " ==> "+ ConfigurationUtil.getLabel(
user,"customMetricB")+"=" + productDeal.getCustomMetricB());
}
System.out.println("--------------------------------------------------");
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
CustomMetricExample customMetricExample = new CustomMetricExample();
//1.载入原始数据
customMetricExample.loadData();
//2.载入公共配置信息（字段和公式名的映射）
ConfigurationUtil.loadCommonConfiguration();
//3.载入用户配置信息（公式和标签）
ConfigurationUtil.loadUserConfiguration(UserAccount.USER_CUSTOMER);
ConfigurationUtil.loadUserConfiguration(UserAccount.USER_SELLER);
ConfigurationUtil.loadUserConfiguration(UserAccount.USER_SUPPLIER);
//4.应用
System.out.println("我是消费者，我关心支出和节省金额");
customMetricExample.calculateCustomMetricForUser(UserAccount.USER_CUSTOMER);
System.out.println("我是消费者，我关心收入和利润");
customMetricExample.calculateCustomMetricForUser(UserAccount.USER_SELLER);
System.out.println("我是供应商，我关心收入和利润");
customMetricExample.calculateCustomMetricForUser(UserAccount.USER_SUPPLIER);
}
}
|
在执行 CustomMetricExample.java 的 main 方法后，我们得到如下的输出结果：
清单 17. 输出结果
我是消费者，我关心支出和节省金额
CUSTOMER 可乐
customMetricA ==> 消费者支出 =15.0
customMetricB ==> 消费者节省 =1.0
CUSTOMER 汉堡
customMetricA ==> 消费者支出 =80.0
customMetricB ==> 消费者节省 =20.0
--------------------------------------------------
我是商家，我关心收入和利润
SELLER 可乐
customMetricA ==> 商家收入 =15.0
customMetricB ==> 商家利润 =1.5
SELLER 汉堡
customMetricA ==> 商家收入 =80.0
customMetricB ==> 商家利润 =10.0
--------------------------------------------------
我是供应商，我关心收入和利润
SUPPLIER 可乐
customMetricA ==> 供应商利润 =2.5
customMetricB ==> 供应商收入 =12.5
SUPPLIER 汉堡
customMetricA ==> 供应商利润 =10.0
customMetricB ==> 供应商收入 =60.0
--------------------------------------------------
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通过以上的实现可以看出，该实现充分考虑到需求的可变性，用户提出的关于自定义字段业务含义改变时，我们只需要重新配置其计算公式和对应的字段标签即可，非常的方便。
本文对第三方 Java 类库 JEP 做了一个简单入门介绍，在此基础上介绍了一种基于 JEP 和配置化管理公式来解决用户自定义字段的通用方案，实现过程简洁清晰，并且具备良好的可维护性和扩展性，具有很强的应用价值。
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| 描述 | 名字 | 大小 | 下载方法 |
|---|---|---|---|
| Jep 公式自定义字段解决方案示例 | JEPsrc.rar | 705k | HTTP |
学习
- JEP2.4.1：符合 GPLv3 协议的开源免费版（JEP2.4.1）, 可以从 sourceforge 网站上下载。
- JEP 的官方网站：更多内容可通过访问 JEP 的官方网站获取。目前 JEP 的最新版本为 3.4，本文使用的是官方试用版 jep-java-3.4-trial.zip。另外 JEP 还提供 .NET 版本，是基于 JEP Java Release 3 的基础上移植产生。
- developerWorks Java 技术专区：这里有数百篇关于 Java 编程各个方面的文章。
讨论
- 加入 developerWorks 中文社区。查看开发人员推动的博客、论坛、组和维基，并与其他 developerWorks 用户交流。
