摘要：在编程的广阔世界里，Java 一直以来都以其适用于大型、长期项目而闻名遐迩。然而，你可能想不到，java 在小型任务中的表现同样出色，甚至让人眼前一亮。今天，就让我们一同走进 Java 在小型任务中的奇妙天地，探寻它为何能在这个领域崭露头角。
在编程的广阔世界里，Java 一直以来都以其适用于大型、长期项目而闻名遐迩。然而，你可能想不到，java 在小型任务中的表现同样出色，甚至让人眼前一亮。今天，就让我们一同走进 Java 在小型任务中的奇妙天地，探寻它为何能在这个领域崭露头角。
在日常工作中，我们常常会遇到各种各样繁琐且重复的小任务，比如文件的整理、内容的转换等。最初，我们可能会像大多数人一样，选择使用 shell 脚本来解决这些问题。毕竟，脚本编写起来简单快捷，对于一些基本的操作似乎游刃有余。然而，随着任务的深入，特殊情况层出不穷，原本简洁的脚本逐渐变得臃肿不堪，如同乱麻一般难以理清。就像一个原本整洁的房间，随着物品的不断增加，变得杂乱无章，让人无从下手。
这时，Python 或许会成为很多人的下一个尝试对象。它确实拥有简洁的语法和丰富的库，看起来是个不错的选择。但实际使用中，Python 的 API 并非完美无缺，其动态类型特性虽然带来了灵活性，却也埋下了隐患。在处理复杂逻辑时，动态类型可能导致类型错误在运行时才暴露出来，这使得调试过程变得漫长而痛苦，就像在黑暗中摸索，找不到问题的根源。
而 Java 则不同，它的静态类型系统就像是一位严谨的守护者，在编译阶段就能发现许多潜在的错误。这就好比在出发前就检查好装备，避免了在旅途中因为装备问题而陷入困境。对于熟悉 Java 的人来说，其强大的 API 更是一大助力。无论是处理文件、操作集合还是运用正则表达式，Java 的 API 都提供了丰富且高效的功能。就像拥有一个装满工具的工具箱，总能找到合适的工具来解决问题。
以往，使用 Java 开发项目往往需要创建复杂的项目结构，如单独的 POM 文件和规范的 src/main/java 层次结构。这对于小型任务来说，无疑是一种沉重的负担，就像为了喝一杯水而要准备一整套复杂的茶具一样繁琐。但幸运的是，现代 Java 和相关工具已经不再强制要求这样做。如今，我们可以更加自由地编写 Java 代码来处理小型任务，无需被繁琐的配置束缚手脚。
以一个验证备份是否有效的任务为例，我们需要每天从目录树中随机选取十个文件。使用 Java 来实现这个脚本时，JEP 330 和 JEP 458 这两个特性发挥了巨大作用。现在，我们只需将代码放在 .java 文件中，然后直接使用命令 java RandomFiles.java 10 /home/cay/data 就能运行。每次运行脚本时，文件会自动即时编译，这在开发和后续修改过程中为我们提供了极大的便利。在开发阶段，我们可以随时修改代码并立即看到效果，就像在画布上作画，可以随时调整笔触和颜色。而且在日常使用中，即时编译的速度也完全可以接受，并不会让人感到明显的延迟。
（二）实例主方法与隐式类：简洁代码新方式
JEP 477 为编写小型 Java 程序带来了新的变革。在过去，编写一个简单的 Java 程序，总是需要重复地编写 public static void main 方法，这对于初学者来说可能是一个小小的困扰，就像在学习走路时，总是被一根小绳子绊倒。而现在，有了这个特性，我们可以摆脱这种繁琐。例如：
var someVariable = initialValue;String helper(int param) {// 方法体}void main(String args) {// 主方法体}在这样的代码中，不再需要显式地定义类和使用 static 关键字。从技术上讲，任何带有顶级 main 方法的 Java 文件都会自动成为一个隐式类，其中的实例变量和方法就是文件中的顶级变量和方法。并且，我们还可以在隐式类中定义其他类、接口、枚举或记录，它们会成为嵌套类型。这使得代码结构更加清晰简洁，就像整理好的书架，每一本书都在它应该在的位置。
同时，java.base 模块会自动导入，这为我们节省了大量的导入语句。截至 Java 23，java.io.IO 中的三个方法 println、print 和 readln 也会自动导入。这对于编写脚本来说非常方便，虽然从教学角度看可能需要记住更多的知识点，但在实际编写脚本时，确实减少了很多工作量。
（三）记录与枚举：增强代码可读性
在处理数据聚合时，Python 程序员常常会使用临时字典（即映射）。而在 Java 中，我们有更优雅的解决方案 —— 记录（Records）。例如：
record Window(int id, int desktop, int x, int y, int width, int height, String title) {}记录不仅使代码更易于阅读，还为我们提供了一个自然的地方来添加方法。比如：
record Window(...) {int xmax { return x + width; }int ymax { return y + height; }}同样，Java 的枚举（enums）也比 Python 中的更加简洁明了。例如：
enum Direction { NORTH, EAST, SOUTH, WEST };相比之下，Python 的枚举显得有些笨拙。
灵活使用 var：在复杂的程序中，对于 var 的使用可能需要谨慎，只有在类型非常明显的情况下才会使用，例如 var builder = new StringBuilder;。但在脚本中，我们可以更加自由地使用 var，它的语法比 Python 更好，因为可以清晰地区分声明和赋值。这就像在写作中，根据不同的情境选择不同的表达方式，使代码更加简洁流畅。积极运用静态导入：通过静态导入，我们可以直接使用类中的静态成员，而无需每次都写出完整的类名。例如：import static java.lang.Math.*;diagonal = sqrt(pow(width, 2) + pow(height, 2));巧用文本块：文本块在处理与代码相关的数据时非常有用，它类似于脚本中的 “here documents”。虽然目前还希望能尽快支持插值功能，但在这之前，我们可以使用 String.formatted 来处理可变文本部分。这就像在信件中插入个性化的内容，使代码和数据的结合更加紧密。
Java 的标准库在处理字符串、正则表达式、集合和日期 / 时间等方面表现出色，其文档也非常详尽。例如，读取文件内容可以简单地使用 Files.readString(Path.of(filename));，这比其他语言（如 Python、JavaScript 或 Bash）中的等效操作更加方便和高效。
在运行外部进程时，也有相应的辅助方法：
String run(String... cmd) throws Exception { var process = new ProcessBuilder(cmd).redirectErrorStream(true).start; process.waitFor; return new String(process.getInputStream.readAllBytes);}并且，自从 JEP 400 之后，我们可以默认使用 UTF - 8 编码，无需担心编码问题。对于 HTTP 操作，Java 提供了 HTTPClient（JEP 321）和简单的 Web 服务器（JEP 408），方便我们进行网络通信。虽然 XML 支持的 API 有些陈旧和繁琐，但至少能够稳定地工作。
然而，Java 标准库也存在一些不足之处，比如缺少 JSON 处理和命令行处理的功能。对于大型 Java 项目来说，这并不是什么大问题，只需添加相应的第三方库（如 Jackson 或 PicoCLI）到 POM 文件中即可。但对于编写脚本来说，手动下载并添加这些库的依赖关系就比较麻烦。一个解决办法是使用简单的单文件库，如 Essential JSON 和 JArgs，只需将文件与脚本放在同一目录即可。
在脚本中，当出现错误时，有时直接终止并显示堆栈跟踪是可以接受的。但按照 Java 的规则，我们仍然需要声明或捕获检查异常。在大型程序中，这是合理的做法，但在脚本中可能会感觉有些繁琐。最简单的解决方法是在可能抛出检查异常的每个方法（包括 main 方法）中添加 throws Exception。
不过，在使用 lambda 表达式处理文件流时，检查异常会带来一些问题。例如，当我们想要使用 streamOfPaths.map(Files::readString) 时，由于 readString 方法可能抛出 IOException，所以无法直接这样使用。正确的做法是处理这个异常，比如返回空字符串、记录异常或者将其转换为 UncheckedIOException。当然，在脚本中，如果不太在意这些异常，也可以使用一些 “sneaky throw” 库（如 Sneaky Fun）来简化处理。这些库利用了 Java 类型系统的一个漏洞，通过巧妙的泛型使用，将带有 throws 声明的方法转换为没有声明的方法。但需要注意的是，这种方法不适合大型和严肃的程序，在脚本规模较小时可以使用，一旦脚本变得复杂，就需要采用更规范的异常处理方式。
编写脚本时，使用简单的文本编辑器显然不是一个好选择。Java 的优势在于其静态类型系统，而 IDE 可以充分利用这一点，为我们提供代码自动完成、实时错误提示等功能，就像一位贴心的助手，时刻提醒我们避免犯错。
在开始编写小型 Java 程序时，我通常会选择一款中等重量的编辑器，如 Visual Studio Code 或带有 LSP 模式的 Emacs。这些编辑器可以提供基本的 Java 集成功能，无需为每个脚本单独创建项目。我们只需打开 Java 文件就可以开始编辑，非常方便快捷。
当脚本逐渐变得复杂，需要更强大的调试功能时，我们可能会希望切换到完整的 IDE。但传统的 IDE 项目结构要求可能会让我们望而却步，因为不想为每个小脚本都创建一个新的 src/main/java 目录结构。实际上，我们可以通过一些方法让重量级 IDE 使用项目基目录作为源目录。例如，在 Eclipse 中，可以右键单击项目名称，选择 “Properties” 和 “Java Build Path”，然后在 “Source” 选项卡中进行设置；在 IntelliJ 中，可以通过 “Menu → Project structure... → Modules”，移除 “content root”，并将项目基目录添加为新的 “content root” 并标记为 “Sources”。虽然这个过程听起来有些奇怪，但确实可行。
在 Java 脚本编程中，使用第三方库一直是一个痛点。由于 Java 语言标准本身与 Maven 生态系统没有直接关联，所以单文件的 Java 启动器无法直接导入 Maven 中的库。这就像两个不同世界的人，无法直接交流和合作。
不过，JBang 为我们提供了一个很好的解决方案。它的一个强大功能是可以在源文件中直接添加 Maven 依赖项，例如：
//DEPS org.eclipse.angus:jakarta.mail:2.0.3然后，我们就可以使用 jbang MailMerge.java 来运行程序。在 Linux 和 Mac OS 系统中，还可以通过添加 “shebang” 行（///usr/bin/env jbang "$0" "$@" ; exit $?）将文件转换为可执行脚本。需要注意的是，// 用于隐藏 shebang 以免被 Java 识别，exit $? 用于在脚本执行后正确退出。
除了这些，JBang 还提供了许多其他实用功能，如可以在加载文件及其依赖项的情况下启动 JShell，或者在临时的 src/main/java 目录中创建指向源文件的符号链接来启动 IDE。如果您打算认真使用 Java 进行脚本编程并且可以使用第三方工具，那么 JBang 绝对值得一试。
（三）笔记本编程：探索数据的新方式
到目前为止，我们主要讨论了用于定期运行的脚本程序。在小型编程的另一个领域 —— 探索性编程中，编写代码的目的是从数据集中获取结果，通常只运行一次或几次。数据科学家们通常更喜欢使用笔记本（notebooks）来完成这类工作。
笔记本由代码单元和文本单元组成，每个代码单元的运行结果可以以文本、表格、图像甚至音频或视频剪辑的形式显示。这使得我们可以采用试错法来探索数据，就像在一个充满宝藏的迷宫中，每次尝试都可能发现新的线索。一旦得到满意的结果，还可以通过文本单元对计算过程进行注释，方便后续查看和分享。
在 Python 中，最常用的笔记本是 “Jupyter”，它可以本地运行（通常通过 Web 界面），也可以使用托管服务（如 Google Colab）。实际上，Jupyter 的核心技术是与编程语言无关的，我们可以为不同的编程语言安装相应的内核。然而，Java 内核的安装过程可能比较繁琐，而且不同的 Java 内核（如 IJava、JJava、Ganymede 和 Rapaio 等）在安装 Maven 依赖项、显示非文本结果等方面各有不同。虽然 Jupyter Java Anywhere 提供了一种简单的机制（使用 JBang）来安装 Java 内核，但目前仍然存在一些依赖项解析等方面的问题。希望未来 Oracle 或其他主要厂商能够加强这方面的支持，提供一个类似于 Colab 的 Java 笔记本服务，这将极大地提升 Java 在探索性编程领域的应用体验。
与 Python 相比，Java 在探索性编程方面目前还不够普及，相关的支持库也相对较少。不过，tablesaw 可能是一个与 NumPy 相当的合理选择，它还提供了对知名的 Plot.ly JavaScript 绘图包的包装。此外，Sven Reimers 正在开发的 JTaccuino 笔记本也值得关注，它是一个基于 JavaFX 的实现，具有比基于 Web 的 Jupyter 笔记本更友好的用户界面，并且在底层使用了 JShell。虽然该项目仍处于早期阶段，但已经展现出了很大的潜力。
来源：散文随风想一点号