规则引擎 之 Aviator

Aviator 是一个高性能、轻量级的 Java 表达式求值引擎，由 Dianping（大众点评）开源。它支持将字符串形式的表达式（如 "a + b > 10 ? 'pass' : 'fail'"）在运行时动态解析并执行，广泛应用于规则引擎、风控系统、配置化逻辑、报表计算等场景。

与 QLExpress 类似，但 Aviator 设计更简洁、性能更高（尤其在数值计算方面），且天然支持函数式编程风格。

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一、核心原理

1. 执行流程

Aviator 的执行分为三个阶段：

[字符串表达式] 
     ↓ (词法分析)
[Tokens: 变量、操作符、数字、括号...]
     ↓ (语法分析 + 编译为字节码)
[AviatorFunction（内部表示）]
     ↓ (解释执行 / JIT 优化)
[执行结果]

• 编译期：将表达式编译为内部的 AviatorFunction 对象（可缓存）
• 运行期：传入变量上下文（Map），调用 execute() 返回结果
• 无反射依赖：通过预定义的操作符和函数实现，避免运行时反射开销

✅ 关键优势：

• 表达式只编译一次，多次执行效率极高
• 类型推断：自动处理数字类型（int/long/double）
• 沙箱安全：默认无法访问任意 Java 方法（需显式注册）

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2. 核心特性

特性	说明
高性能	单表达式 QPS 可达 50w+（远超 Groovy/JSR223）
轻量级	JAR 包仅 ~300KB，无第三方依赖
丰富语法	支持算术、逻辑、三元、正则、集合操作等
自定义函数	可注册 Java Lambda 或方法作为函数
安全可控	默认禁止反射，仅允许白名单函数
内置函数库	提供 string, math, regex, date 等常用函数

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二、快速入门示例

1. 添加 Maven 依赖

<dependency>
    <groupId>com.googlecode.aviator</groupId>
    <artifactId>aviator</artifactId>
    <version>5.4.1</version> <!-- 推荐最新版 -->
</dependency>

GitHub 地址：https://github.com/killme2008/aviator

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2. 基础表达式计算

import com.googlecode.aviator.AviatorEvaluator;

public class BasicExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 直接执行（每次解析，不推荐生产使用）
        Object result = AviatorEvaluator.execute("1 + 2 * 3");
        System.out.println(result); // 7

        // 编译后复用（推荐！）
        Expression exp = AviatorEvaluator.compile("a + b * 2");
        Map<String, Object> env = new HashMap<>();
        env.put("a", 10);
        env.put("b", 20);
        Object res = exp.execute(env);
        System.out.println(res); // 50
    }
}

⚠️ 重要：生产环境务必使用 compile() + execute(env) 模式，避免重复解析！

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3. 条件判断与三元运算

Expression exp = AviatorEvaluator.compile("score >= 90 ? '优秀' : (score >= 60 ? '及格' : '不及格')");
Map<String, Object> env = Map.of("score", 85);
System.out.println(exp.execute(env)); // 及格

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4. 调用自定义函数（核心能力）

方式 1：Lambda 注册（推荐）

// 注册函数 max(a, b)
AviatorEvaluator.addFunction(new AbstractFunction() {
    @Override
    public String getName() { return "max"; }
    @Override
    public AviatorObject call(Map<String, Object> env, AviatorObject arg1, AvigatorObject arg2) {
        Number a = FunctionUtils.getNumberValue(arg1, env);
        Number b = FunctionUtils.getNumberValue(arg2, env);
        return AviatorNumber.valueOf(Math.max(a.doubleValue(), b.doubleValue()));
    }
});

// 使用
Expression exp = AviatorEvaluator.compile("max(x, y)");
Map<String, Object> env = Map.of("x", 10, "y", 20);
System.out.println(exp.execute(env)); // 20.0

方式 2：静态方法注册（Aviator 5.0+）

// 定义工具类
public class MathUtils {
    @AviatorFunction("str_len") // 函数名
    public static long strLen(String s) {
        return s == null ? 0 : s.length();
    }
}

// 自动扫描注册（需启用）
AviatorEvaluator.setOption(Options.FUNCTION_SCAN_PACKAGE, "com.yourpkg");
AviatorEvaluator.loadFunctions(); // 扫描带 @AviatorFunction 的类

// 使用
System.out.println(AviatorEvaluator.execute("str_len('hello')")); // 5

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5. 操作复杂对象（POJO）

public class User {
    private String name;
    private int age;
    // getter 必须 public！
    public String getName() { return name; }
    public int getAge() { return age; }
}

// 使用
User user = new User();
user.name = "Alice";
user.age = 25;

Map<String, Object> env = Map.of("user", user);
Object res = AviatorEvaluator.execute("user.age > 18 && user.name == 'Alice'", env);
System.out.println(res); // true

✅ Aviator 通过 getter 方法 访问对象属性（如 user.age → user.getAge()）

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三、高级用法

1. 内置函数库（无需注册）

// 字符串
AviatorEvaluator.execute("string.contains('hello', 'll')"); // true
AviatorEvaluator.execute("string.length('world')");        // 5

// 数学
AviatorEvaluator.execute("math.sqrt(16)");                 // 4.0
AviatorEvaluator.execute("math.round(3.7)");               // 4

// 正则
AviatorEvaluator.execute("'abc123' =~ /\\d+/");           // true

// 集合
AviatorEvaluator.execute("count([1,2,3])");                // 3
AviatorEvaluator.execute("include([1,2,3], 2)");           // true

📌 完整内置函数列表：https://github.com/killme2008/aviator#built-in-functions

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2. 集合与数组操作

List<Integer> scores = Arrays.asList(85, 90, 78);
Map<String, Object> env = Map.of("scores", scores);

// 求平均分
Object avg = AviatorEvaluator.execute("reduce(scores, 0, (acc, x) -> acc + x) / count(scores)", env);
System.out.println(avg); // 84.333...

// 过滤高分
Object highScores = AviatorEvaluator.execute("filter(scores, x -> x > 80)", env);
System.out.println(highScores); // [85, 90]

✅ 支持 Lambda 表达式（Aviator 5.0+）

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3. 性能优化：表达式缓存

// 全局缓存（默认开启）
AviatorEvaluator.setOption(Options.EXPRESSION_CACHE_SIZE, 1000);

// 手动缓存
Map<String, Expression> cache = new ConcurrentHashMap<>();
String exprStr = "a + b";
Expression exp = cache.computeIfAbsent(exprStr, AviatorEvaluator::compile);
exp.execute(env);

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4. 安全控制

// 禁用危险操作（默认已禁用）
AviatorEvaluator.setOption(Options.ALLOW_ACCESS_STATIC_FIELD, false);
AviatorEvaluator.setOption(Options.ALLOW_CLASS_LOADER, false);

// 仅允许白名单函数（通过 addFunction 控制）

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四、典型应用场景

场景	表达示例
风控规则	"user.riskLevel == 'HIGH' && order.amount > 10000"
动态定价	"basePrice * (1 + discountRate) - couponValue"
游戏技能	"player.hp -= enemy.attack * 1.5"
数据过滤	"include(user.tags, 'VIP') && user.balance > 100"
配置化阈值	"metric.value > config.threshold"

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五、与 QLExpress 对比

特性	Aviator	QLExpress
性能	⭐⭐⭐⭐⭐（数值计算更快）	⭐⭐⭐⭐
语法简洁性	更接近数学表达式	支持 if/for 等语句
函数注册	Lambda / 注解	反射注册
学习曲线	平缓	稍陡
社区活跃度	中等	阿里背书，较高
适用场景	高频计算、简单规则	复杂脚本逻辑

✅ 选择建议：

• 纯表达式计算（如公式、条件判断）→ Aviator
• 需要 if/for/while 等控制流 → QLExpress

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六、最佳实践

1. 始终编译表达式：使用 compile() 而非 execute(String)
2. 缓存 Expression 对象：避免重复编译
3. 使用内置函数：优先用 math.sqrt() 而非自定义
4. POJO 提供 getter：确保属性可访问
5. 异常处理：捕获 ExpressionRuntimeException

try {
    exp.execute(env);
} catch (ExpressionRuntimeException e) {
    log.error("Expression error: {}", e.getMessage());
}

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七、完整示例：实时风控引擎

public class RiskEngine {
    private final Map<String, Expression> ruleCache = new ConcurrentHashMap<>();

    public boolean evaluate(String rule, Map<String, Object> context) {
        Expression exp = ruleCache.computeIfAbsent(rule, AviatorEvaluator::compile);
        try {
            Object result = exp.execute(context);
            return Boolean.TRUE.equals(result);
        } catch (Exception e) {
            log.warn("Rule evaluation failed: {}", rule, e);
            return false; // 安全失败
        }
    }
}

// 使用
RiskEngine engine = new RiskEngine();
Map<String, Object> ctx = Map.of(
    "ip", "192.168.1.100",
    "amount", 15000,
    "isVip", true
);
boolean blocked = engine.evaluate("amount > 10000 || !isVip", ctx);

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总结

Aviator 是一款 极致性能、安全可控、语法简洁 的 Java 表达式引擎，特别适合高频、低延迟的规则计算场景。通过合理使用编译缓存、内置函数和自定义函数，可以高效实现业务逻辑的动态配置化。

🔗 官方文档：https://github.com/killme2008/aviator