【问题标题】:Communication between Java and HaskellJava 和 Haskell 之间的通信
【发布时间】:2012-04-29 06:20:22
【问题描述】:

我用谷歌搜索并得到一些答案,Java 和 Haskell 之间的通信可以通过 GCJNI(现在站点已关闭)和 LambdaVM 来完成。要使用 LambdaVM/GCJNI,我是否需要下载任何构建工具?我在哪里可以了解更多关于它们的信息,因为我在网上找不到太多资源?

我想开发一个在 Java 和 Haskell 之间进行通信的应用程序(我将从 Java 获取输入并将其传递给 Haskell 并在那里处理并将结果返回给 Java)。这就是我想要做的。请帮帮我...

【问题讨论】:

  • 我不知道这是否适合您的情况,但 JVM 上有一种非常“haskellish”的语言,称为 Frege:code.google.com/p/frege
  • 由于您没有接受以下任何答案,您还需要了解什么?

标签: java haskell java-native-interface


【解决方案1】:

Calling Haskell from C 看起来很简单,因此也可以使用JavaCPP 从 Java 中轻松调用。例如,调用示例代码Safe.hs中的fibonacci_hs()函数:

{-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}

module Safe where

import Foreign.C.Types

fibonacci :: Int -> Int
fibonacci n = fibs !! n
    where fibs = 0 : 1 : zipWith (+) fibs (tail fibs)

fibonacci_hs :: CInt -> CInt
fibonacci_hs = fromIntegral . fibonacci . fromIntegral

foreign export ccall fibonacci_hs :: CInt -> CInt

我们可以在 Java 中这样做:

import org.bytedeco.javacpp.*;
import org.bytedeco.javacpp.annotation.*;

@Platform(include={"<HsFFI.h>","Safe_stub.h"})
public class Safe {
    static { Loader.load(); }
    public static native void hs_init(int[] argc, @Cast("char***") @ByPtrPtr PointerPointer argv);
    public static native int fibonacci_hs(int i);
    public static void main(String[] args) {
        hs_init(null, null);
        int i = fibonacci_hs(42);
        System.out.println("Fibonacci: " + i);
    }
}

在Linux下,编译过程如下:

$ ghc -fPIC -dynamic -c -O Safe.hs
$ javac -cp javacpp.jar Safe.java
$ java -jar javacpp.jar -Dplatform.compiler=ghc -Dplatform.compiler.output="-optc-O3 -Wall Safe.o -dynamic -fPIC -shared -lstdc++ -lHSrts-ghc7.6.3 -o " -Dplatform.linkpath.prefix2="-optl -Wl,-rpath," Safe

并且程序使用通常的java命令正常运行:

$ java -cp javacpp.jar:. Safe
Fibonacci: 267914296


编辑:我冒昧地对调用开销进行了一些微基准测试。使用以下 C 头文件Safe.h
inline int fibonacci_c(int n) {
    return n < 2 ? n : fibonacci_c(n - 1) + fibonacci_c(n - 2);
}

以下 Java 类:

import org.bytedeco.javacpp.*;
import org.bytedeco.javacpp.annotation.*;

@Platform(include={"<HsFFI.h>","Safe_stub.h", "Safe.h"})
public class Safe {
    static { Loader.load(); }
    public static native void hs_init(int[] argc, @Cast("char***") @ByPtrPtr PointerPointer argv);
    public static native int fibonacci_hs(int i);
    public static native int fibonacci_c(int n);
    public static int fibonacci(int n) {
        return n < 2 ? n : fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
    }
    public static void main(String[] args) {
        hs_init(null, null);

        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            fibonacci_hs(0);
            fibonacci_c(0);
            fibonacci(0);
        }
        long t1 = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            fibonacci_hs(0);
        }
        long t2 = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            fibonacci_c(0);
        }
        long t3 = System.nanoTime();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            fibonacci(0);
        }
        long t4 = System.nanoTime();
        System.out.println("fibonacci_hs(0): " + (t2 - t1)/1000000 + " ns");
        System.out.println("fibonacci_c(0): "  + (t3 - t2)/1000000 + " ns");
        System.out.println("fibonacci(0): "    + (t4 - t3)/1000000 + " ns");
    }
}

使用 Intel Core i7-3632QM CPU @ 2.20GHz、Fedora 20 x86_64、GCC 4.8.3、GHC 7.6.3 和 OpenJDK 8 输出:

fibonacci_hs(0): 200 ns
fibonacci_c(0): 9 ns
fibonacci(0): 2 ns

平心而论,我应该提一下,将 调用到 JVM 也是相当昂贵的......


更新With recent changes to JavaCPP,用户现在可以从 C/C++ 中通过名称访问回调函数(指针),从而可以轻松地从 Haskell 调用 JVM。例如,根据在wiki page regarding Haskell's FFI 上找到的信息,在Main.hs 中放置以下代码:
{-# LANGUAGE ForeignFunctionInterface #-}
module Main where

import Foreign.C -- get the C types
import Foreign.Ptr (Ptr,nullPtr)

-- impure function
foreign import ccall "JavaCPP_init" c_javacpp_init :: CInt -> Ptr (Ptr CString) -> IO ()
javacpp_init :: IO ()
javacpp_init = c_javacpp_init 0 nullPtr

-- pure function
foreign import ccall "fibonacci" c_fibonacci :: CInt -> CInt
fibonacci :: Int -> Int
fibonacci i = fromIntegral (c_fibonacci (fromIntegral i))

main = do
  javacpp_init
  print $ fibonacci 42

还有一个 fibonacci 以这种方式在 Java 中定义的函数:

import org.bytedeco.javacpp.*;
import org.bytedeco.javacpp.annotation.*;

@Platform
public class Main {
    public static class Fibonacci extends FunctionPointer {
        public @Name("fibonacci") int call(int n) {
            return n < 2 ? n : call(n - 1) + call(n - 2);
        }
    }
}

我们可以在 Linux x86_64 下构建类似的东西:

$ javac -cp javacpp.jar Main.java
$ java -jar javacpp.jar Main -header
$ ghc --make Main.hs linux-x86_64/libjniMain.so

程序正确执行并给出以下输出:

$ ./Main
267914296

【讨论】:

  • 现在,如果有人在相反的方向(haskell -> java)制作了一个示例
  • @Vagif HJVM 似乎是您正在寻找的工具:hackage.haskell.org/package/HJVM-0.1
  • @Vagif BTW,JavaCPP 支持 C 回调函数 (FunctionPointer),Haskell FFI 也支持 C 函数指针 (FunPtr),因此 Haskell 也可以通过这种方式调用 Java。如果您正在寻找类似的东西,请告诉我。
  • @SamuelAudet 嘿,我正在尝试按照这些步骤操作,但由于某种原因,从未生成 Safe_stub.o 文件,知道为什么吗?
  • @Ratzes 我不知道为什么不...我猜这一定与 Haskell FFI 由于某种原因无法在您的安装上正常工作有关。
【解决方案2】:

如果您选择 Haskell 服务器进程方法,您可以使用 MessagePack 序列化/rpc 库。它具有 Java 和 Haskell 的绑定,并且 Haskell 绑定似乎维护得很好。在 Hackage 上查找 msgpackmsgpack-rpc

这是一个使用 MessagePack 进行 Java/Haskell 交互的玩具示例:Java serverHaskell client(链接到 GitHub)。但是,沟通的方向与您想要的相反。

【讨论】:

    【解决方案3】:

    这取决于您希望他们如何交流。让 Java 和 Haskell 代码在同一个进程中本地运行并通过它们各自的 FFI 交换内存中的数据是一个巨大的问题,尤其是因为您有两个 GC 争夺数据,并且两个编译器都有自己的关于表示的想法各种数据类型。在 JVM 下编译 Haskell 也很困难,因为 JVM(目前)没有任何闭包的概念。

    这些事情当然可以做到,但是从演示器到工业工具需要付出巨大的努力。我的理解是,您提到的工具从未通过演示阶段。

    一个更简单但不那么优雅的解决方案是将您的 Haskell 程序编写为一个服务器进程,该进程通过 Java 的套接字发送数据。如果性能和容量不太高,那么用 JSON 编码可能会很简单,因为双方都有库来支持它。

    【讨论】:

    • @Paul Johnson 感谢您的指导!!
    • 这并不是缺少 JVM 闭包。许多 JVM 语言都有闭包,从技术上讲,带有内部类的 Java 也是如此,Java 8 提出了一个优雅的 lambda 实现。问题是 1. 没有尾调用 2. 分配器/GC 对函数式语言来说不是最优的(Haskell 代码分配比 Java 更多的小型短期对象)。仍然弗雷格等表明这是可能的。
    • 你可以从 Kilim 这样的代码操纵器中获得尾调用消除,但一般来说不是很方便github.com/kilim/kilim/blob/master/docs/IFAQ.txt
    【解决方案4】:

    TL;DR:使用消息传递(即 RPC 客户端-服务器或对等方)模式。

    为什么?它更安全、可扩展、灵活且可调试。调用 FFI 将是脆弱且难以测试的。


    RPC 框架/规范

    • gRPC Google 的 Protobufs RPC over HTTP/2 的公共分支

    • msgpack-rpc 不包括传输。

    • zerorpc ZeroMQ + msgpack。只有 Python 和 Node 实现。似乎也被遗弃了。

    • XML-RPC 成熟。广泛的互操作性,但它也是 XML。

    • JSON-RPC 更易于调试。不是二进制协议,尽管 BSON 可能会侵入某些库。


    序列化

    • Protocol Buffers (protobufs) 与其他工具相比,它有很多很多的工具。它支持不需要重新编译(或破坏)世界即可互操作的版本化/可选数据成员。

    • msgpack 可爱、简单、高效,但不支持向前兼容的架构更改。它纯粹是一个愚蠢的二进制编解码器。可能过于简单和低级,不适合实际使用。


    交通

    • ZeroMQ 可能是最快的、非 Infiniband/FC/10 GbE、非线程安全的消息传输。

    • NanomsgZeroMQ 的一位创始人对 ZeroMQ 进行了更新、线程安全、UNIX 哲学的重新构想。

    • HTTP/2(由 gRPC 使用)这里的优点是它是一个适用于数据中心内部和数据中心之间的标准,并且还具有 TLS(gRPC 本机代码使用 BoringSSL,Google 的“更安全" OpenSSL fork)。

    • MQTT 当您需要向十亿台设备实施推送通知并使用人类可读的协议时。

    【讨论】:

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