作為一款專門針對嵌入式計(jì)算與實(shí)時(shí)化流程場景所構(gòu)建的編程語言，Java將成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的最佳開發(fā)選項(xiàng)。

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對于大家來說，Java到底意味著什么?在校園里頭學(xué)習(xí)過的一款編程語言?企業(yè)IT領(lǐng)域的求職神油?抑或是將Java視為主宰互聯(lián)網(wǎng)后爆發(fā)時(shí)代的統(tǒng)治性語言?作為一款專門針對嵌入式計(jì)算與實(shí)時(shí)化流程場景所構(gòu)建的編程語言，我們將在本文中論證Java在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下成為最佳開發(fā)選項(xiàng)的幾大理由。

從1969年至今的這段漫長時(shí)光當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已經(jīng)完成了完整的爆發(fā)式增長流程。從當(dāng)初通過ARPANET實(shí)現(xiàn)對接的四臺(tái)高校計(jì)算機(jī)，如今世界上已經(jīng)有二十億人頻繁訪問互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容。在不久的將來，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)字還將迅速翻番甚至再次翻番，即由目前的數(shù)十億臺(tái)增長至嵌入式處理時(shí)代的成百上千億臺(tái)。我們生活中的方方面面都將與聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相結(jié)合：家庭環(huán)境、辦公環(huán)境、車載環(huán)境、設(shè)備、工具以及玩具等等——大家完全可以根據(jù)實(shí)際經(jīng)歷進(jìn)一步完善這份清單。

Java，面向嵌入式系統(tǒng)

十九年前，David L. Ripps曾為JavaWorld編寫了一份概述性資料，介紹了Java在嵌入式系統(tǒng)中的作用。Ripps的文章從今天的角度來看同樣極具可讀性，特別是對于那些希望了解嵌入式系統(tǒng)編程接口如何與聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)機(jī)制協(xié)作的朋友而言。

盡管物聯(lián)網(wǎng)浪潮的席卷之勢中確實(shí)存在一部分炒作成分，但其背后的現(xiàn)實(shí)在于，互聯(lián)網(wǎng)增長將使上一代計(jì)算機(jī)制變得相對比較瑣碎。物聯(lián)網(wǎng)不僅客觀存在，而且還將給一切帶來顛覆性的改變。參考以下時(shí)間進(jìn)程，我們首先對過往互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不同階段中的發(fā)展軌跡作出一番回顧：

· 1982年到1989年: TCP/IP網(wǎng)絡(luò)誕生。

· 1985年到1989年: 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的商業(yè)化趨勢開始出現(xiàn)。

· 1990年到1991年: 萬維網(wǎng)正式建立。

· 1990年到1998年: 傳統(tǒng)臺(tái)式計(jì)算機(jī)被重新設(shè)計(jì)為實(shí)質(zhì)層面上的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

· 1996年至今:雖然進(jìn)展緩慢但卻可以肯定的是，我們正逐步進(jìn)入到移動(dòng)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(即物聯(lián)網(wǎng))主導(dǎo)一切的新時(shí)代當(dāng)中。

目前作為物聯(lián)網(wǎng)前提性條件各類補(bǔ)充性技術(shù)正在陸續(xù)上線。HTTP/2是一套關(guān)鍵性網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它的出現(xiàn)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了機(jī)器到機(jī)器之間的通信需求。Thingsee則是開發(fā)者工具領(lǐng)域的典型代表，也標(biāo)志著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所需要的硬件基礎(chǔ)正逐漸成型。

硅谷智囊Tim O’Reilly已經(jīng)作出強(qiáng)調(diào)，表示物聯(lián)網(wǎng)的成果將不僅僅是將咖啡機(jī)或者電冰箱等無關(guān)緊要的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)那么單純。在理想的傳感器與自動(dòng)化機(jī)制支撐之下，物聯(lián)網(wǎng)將真正將人類文明提升到新高度。而Java將在將在這場顛覆性變革中扮演主力角色。

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物聯(lián)網(wǎng)的工作機(jī)制

2014年9月，Andrew C. Oliver撰寫了一篇關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)水平與團(tuán)隊(duì)協(xié)作間關(guān)系的文章。在這種情況下，團(tuán)隊(duì)協(xié)作體系將由人與計(jì)算機(jī)共同構(gòu)成。

由于設(shè)備的通信對象不再局限于人、同時(shí)需要面對其它設(shè)備，因此將從根本層面帶來一系列新功能。具體而言，我們的電冰箱不僅能夠感知到用戶的西紅柿儲(chǔ)量即將告罄，同時(shí)也能根據(jù)個(gè)人飲食習(xí)慣發(fā)出食品訂單。普適計(jì)算的成功也恰恰體現(xiàn)在這里，其融入背景當(dāng)中，并與其它設(shè)備共同完成任務(wù)、事件以及對接。只有執(zhí)行級(jí)別的結(jié)果才會(huì)被交付至使用者面前。物聯(lián)網(wǎng)的崛起將帶來大量我們前所未見、甚至難以想象的創(chuàng)新型成果，并以無縫化方式將其奉至我們手中。

很多常見的實(shí)用性案例都極具說服力。在最近的新聞當(dāng)中，我們親眼見證了一系列令人印象深刻的應(yīng)用方式，包括農(nóng)業(yè)病蟲害處理、小型炸彈探測器以及提高醫(yī)療診斷水平的方案等等。物聯(lián)網(wǎng)不再是那種低調(diào)但完備的售貨機(jī)——它需要進(jìn)行過量儲(chǔ)備并帶來繁雜的日常維護(hù)任務(wù)，且一直默默等待著用戶的召喚。

當(dāng)我們把自己的賬單放進(jìn)這臺(tái)售貨機(jī)并按下按鈕時(shí)，它會(huì)顯示可供選擇的購買項(xiàng)目，并通過簡單的交互機(jī)制確保大家得到令自己滿意的食品。我們用不著了解或者認(rèn)同整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程的全部細(xì)節(jié); 我們的胃就是檢驗(yàn)真理的最佳標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，我們有了有了物聯(lián)網(wǎng)式自動(dòng)售貨機(jī)。當(dāng)我們從支持物聯(lián)網(wǎng)功能的售貨機(jī)處購買商品時(shí)，購買行為會(huì)融入到全球范圍內(nèi)的完整體系當(dāng)中，保證供應(yīng)商維持庫存平衡并充分維護(hù)零件工作狀態(tài)，這種新模式能夠?qū)⒄w成本較前物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代降低30%。

Java的嵌入式計(jì)算之旅

時(shí)至今日，大多數(shù)人都沒有意識(shí)到，Java在誕生早期正是針對嵌入式計(jì)算而打造。其早期版本專門針對各類家用電器，如電視機(jī)頂盒接口。James Goslin在打造Java初始版本時(shí)正是將設(shè)備間通信作為其關(guān)注重點(diǎn)，而他當(dāng)時(shí)就想到其作用不僅要實(shí)現(xiàn)設(shè)備與人之間的通信、更要承擔(dān)起設(shè)備與設(shè)備間的通信任務(wù)。二十年之后，這些初始設(shè)計(jì)優(yōu)勢終于迎來了自己的黃金時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)的光輝歲月即將拉開序幕。

出色的普及水平也使其適合物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的實(shí)際需求。全球范圍內(nèi)投入到Java領(lǐng)域的海量資源使這款編程語言成為新生代程序員們的最愛，同時(shí)也確保了其能夠在全部以其為基礎(chǔ)的生產(chǎn)系統(tǒng)中得到良好的維護(hù)與支持。數(shù)十萬款成功的應(yīng)用程序及系統(tǒng)方案已經(jīng)充分證明了Java的強(qiáng)大實(shí)力。

對于希望在嵌入式編程領(lǐng)域一展身手的開發(fā)人員而言，最重要的是對Java平臺(tái)中的不同組成部分加以區(qū)分。在嵌入式編程工作中，我們無需對自己的編碼或者閱讀方式做出任何變更：出色的Java程序員能夠像查看典型桌面企業(yè)應(yīng)用程序那樣輕松閱讀嵌入式源代碼內(nèi)容。不過庫，特別是在開發(fā)(及測試)環(huán)境中，將專門面向嵌入式Java編程。請確保大家擁有適用于目標(biāo)嵌入式環(huán)境的正確工作鏈。

Java對于嵌入式系統(tǒng)而言是否太過臃腫?

Java并不總是嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的首選可行性編程語言，這主要是因?yàn)榍度胧皆O(shè)備通常在計(jì)算資源方面顯得捉襟見肘。匯編、C甚至是Python都能在有限的內(nèi)存、CPU性能以及其它硬件制約條件下提供更出色的表現(xiàn)。不過這種狀況在過去幾年當(dāng)中已經(jīng)得到了顯著改善，這是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)的資源規(guī)模已經(jīng)得到長足提升。此外，面向嵌入式環(huán)境的新型Java編譯技術(shù)方案也進(jìn)一步降低了相關(guān)代碼對于系統(tǒng)資源的需求。

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2015年Java嵌入式編程趨勢展望

早在1996年，Java就做好了實(shí)現(xiàn)嵌入式編程的全部準(zhǔn)備，但當(dāng)時(shí)缺乏一股足以推動(dòng)業(yè)界在這方面作出探索的驅(qū)動(dòng)力量。時(shí)至今日，這種勢頭開始迅速聚集，而面向嵌入式編程的Java標(biāo)準(zhǔn)及工具生態(tài)系統(tǒng)也準(zhǔn)備好充分發(fā)揮這一技術(shù)潛能。

在2000年到2010年之間，基于Java的嵌入式或者“微”計(jì)算機(jī)制主要集中在J2ME(即Java 2平臺(tái)Micro版本)身上。如今，Java平臺(tái)Micro版本，或者稱之為Java ME，已經(jīng)成為嵌入式應(yīng)用程序中的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)環(huán)境。盡管Java ME及其概念——特別是配置文件與配置(即profile與configuration)——仍然非常關(guān)鍵，但移動(dòng)Java開發(fā)人員更傾向于利用Android及HTML 5實(shí)現(xiàn)用戶界面。目前移動(dòng)手機(jī)設(shè)備是嵌入式計(jì)算領(lǐng)域中最突出的組成部分，而且目前所售出的移動(dòng)設(shè)備中有五分之四采用Android系統(tǒng)。(雖然Android支持Java ME，但二者在產(chǎn)品生命周期上存在顯著差異，而且目前還不清楚由哪一方來決定特定嵌入式設(shè)備之上將采用哪一種下一代應(yīng)用程序環(huán)境。)

配置文件與配置是嵌入式編程工作中的關(guān)鍵性概念。像MIDP這樣的嵌入式配置文件是一套API集合，用于在設(shè)備之上獲得支持。而配置則是一套框架規(guī)范。不過我們還找不到嚴(yán)格的理論依據(jù)來證明配置文件應(yīng)當(dāng)歸屬于配置范疇，其中包括CLDC與聯(lián)網(wǎng)受限設(shè)備配置在內(nèi)。(感興趣的朋友也可以點(diǎn)擊此處查看Jim Connors的博客以了解更多配置文件與配置在物聯(lián)網(wǎng)下應(yīng)用的細(xì)節(jié)信息。)

除了Java ME的配置文件與配置之外，另有一系列企業(yè)級(jí)Java技術(shù)具備在嵌入式領(lǐng)域大顯身手的可觀潛力。Java管理擴(kuò)展(即Java Management Extensions，簡稱JMX)用于分布式資源管理與監(jiān)控，并終將有一天能夠作為嵌入式定義的有效補(bǔ)充。實(shí)時(shí)Java(即Real-time Java)也在物聯(lián)網(wǎng)嵌入式開發(fā)領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。

Java的實(shí)時(shí)模型與工具

在醫(yī)療、交通、制造以及其它各行業(yè)領(lǐng)域，與傳感器及效應(yīng)器相對接的嵌入式應(yīng)用程序往往需要滿足多項(xiàng)實(shí)時(shí)性要求?？梢灶A(yù)見，心臟起搏器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器以及管道閥門等設(shè)備必須能夠提供正確的實(shí)時(shí)結(jié)果，這甚至關(guān)乎到使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全——而不僅僅是惱人的堆?；厮輪栴}。

盡管James Gosling預(yù)計(jì)到了Java需要滿足各類常見的實(shí)時(shí)性要求，但Java在早期發(fā)展階段仍然不具備理想的實(shí)時(shí)計(jì)算能力。值得強(qiáng)調(diào)的是，大部分Java運(yùn)行時(shí)環(huán)境都存在著可靠性低下、或者至少在處理垃圾回收時(shí)導(dǎo)致內(nèi)容一致性沖突的問題。Java實(shí)時(shí)規(guī)范(即Real-Time Specification for Java，簡稱RTSJ)及其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)支持定期與不定期任務(wù)調(diào)度、任務(wù)期限規(guī)劃、CPU時(shí)間預(yù)算、垃圾收集線程等功能，并能夠確保特定任務(wù)不會(huì)受到垃圾收集所導(dǎo)致之延后影響，這一切都顯著解決了時(shí)態(tài)不確定性難題。RTSJ于2002年正式得到認(rèn)證，并已經(jīng)開始在一部分Java虛擬機(jī)上發(fā)揮作用。

雖然RTSJ在2015年2月之前一直被列入到Java社區(qū)進(jìn)程的擱置項(xiàng)目清單當(dāng)中，但專家們在過去十年當(dāng)中一直積極工作對其進(jìn)行改善與更新。舉例而言，JamaicaVM就是一套由aicas GmbH支持的RTSJ實(shí)現(xiàn)方案，且目前以免費(fèi)方式供用戶以教育及其它非商業(yè)性方式使用。

實(shí)時(shí)時(shí)間表

嵌入式特別是實(shí)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)在漫長的時(shí)間周期內(nèi)已經(jīng)得到了長足發(fā)展，其改進(jìn)速度遠(yuǎn)超過一般性消費(fèi)級(jí)軟件。盡管一款成功的移動(dòng)應(yīng)用唷 可能在六個(gè)月之內(nèi)徹底淡出用戶視野，但嵌入式醫(yī)療設(shè)備、汽車制造以及工業(yè)類軟件往往需要以可靠方式運(yùn)行數(shù)十年時(shí)間。而影響到這些應(yīng)用程序的公開標(biāo)準(zhǔn)往往需要相對較長的起草及制訂周期。

最近，甲骨文公司已經(jīng)針對實(shí)時(shí)系統(tǒng)對Java SE進(jìn)行了改進(jìn)，并表示Java SE較過去已經(jīng)能夠帶來更理想軟實(shí)時(shí)要求支持效果。這里所說的“軟”，至少具備兩種不同的相關(guān)意義。其一，這部分要求必須以較為平均的方式實(shí)現(xiàn)，例如良好的銀行交易事務(wù)必須要在300毫秒之內(nèi)完成。這里的軟是相對于硬實(shí)時(shí)性要求而言，例如某臺(tái)機(jī)車需要在1.25秒之內(nèi)接收到應(yīng)用程序發(fā)來的特殊警報(bào)，提醒其電磁閥已經(jīng)關(guān)閉。在這一意義上，硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)需要滿足的首要要求就是必須以可預(yù)見的方式應(yīng)對最糟糕的情況。

軟實(shí)時(shí)對于大多數(shù)嵌入式及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序而言已經(jīng)完全足夠。對于那些要求硬實(shí)時(shí)支持的應(yīng)用程序，建議Java開發(fā)人員點(diǎn)擊此處閱讀JSR-302：Java關(guān)鍵性安全技術(shù)。這套規(guī)范屬于Java實(shí)時(shí)規(guī)范中的一套子集，而且其中一部分依賴于CLDC。除了其它功能，安全關(guān)鍵性Java定義自己的并發(fā)模型及實(shí)時(shí)線程。Open Group工業(yè)團(tuán)隊(duì)最初于2003年開始推進(jìn)Java關(guān)鍵性安全技術(shù)。說到該規(guī)范的當(dāng)前狀態(tài)，JSR-302規(guī)范負(fù)責(zé)人Doug Locke預(yù)計(jì)這套經(jīng)過長期醞釀的項(xiàng)目將于今年春季得到認(rèn)證，并可能在2015年5月提供參考實(shí)現(xiàn)方案。

Java在嵌入式領(lǐng)域的未來前景

Java對于嵌入式編程作出了多項(xiàng)承諾，而且其在滿足即將全面爆發(fā)之物聯(lián)網(wǎng)的需求及可能性方面還有很長的發(fā)展道路要走。數(shù)百億由Java驅(qū)動(dòng)的設(shè)備將在未來幾年內(nèi)成為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系中的組成部分。我將在下一篇文章中就這一議題進(jìn)行討論，探索在愛好者與社區(qū)背景下嵌入式Java環(huán)境中的各類具體實(shí)例，同時(shí)更深入地解讀RTSJ 2.0為何會(huì)在傳統(tǒng)之外的實(shí)時(shí)編程領(lǐng)域中給Java帶來顯著影響。

原文標(biāo)題：Java: The once and future king of Internet programming