Java 动态性(4) - 字节码操作

1.字节码操作

• JAVA动态性的两种常见实现方式

  字节码操作

  反射

• 运行时操作字节码可以让我们实现如下功能

  动态生成新的类

  动态改变某个类的结构(添加/删除/修改 新的属性/方法)

• 优势

  比反射开销小,性能高

  JAVAasist性能高于反射,低于asm

2.常见的字节码操作类库

• BCEL

  Byte Code Engineering Library (BCEL), 这是Apache Software Foundation 的 Jakarta 项目的一部分.BCEL是Java classworking广泛使用的一种框,它可以让您深入JVM汇编语言进行类操作的细节.BCEL与Javassist有不同的处理字节码方法,BCEL在实际的JVM指令层次上进行操作(BCEI拥有丰富的JVM指令级支持)而Javassist所强调的是源代码级别的工作

• ASM

  是一个轻量级ava字节码操作框架,直接涉及量到VM底层的操作和指令

• CGLIB(Code Generation Library)

  是一个强大的,高性能,高质量的Code生成类库,基于ASM实现

• Javassist

  是一个开源的分析、编辑和创建Jaw字节码的类库.性能较ASM差,跟cglib差不多,但是使用简单.很多开源框架都在使用它

  主页:http://jboss-javassist.github...

3.JAVAssist库

• Javassist(Java Programming Assistant)makes java bytecode manipulation simple.
• It is a class library for editing bytecodes in Java;it enables Java programs to define a new class at runtime and to modify a class file when the JVM loads it.

• Unlike other similar bytecode editors,Javassist provides two levels of API:source level and bytecode level.

  • If the users use the source-level API,they can edit a class file without knowledge of the specifications of the Java bytecode.The whole API is designed with only the vocabulary of the java language.You can even specify inserted bytecode-level API allows the users to directly edit a class file as other editors.
• Aspect Oriented Programming(AOP面向切面编程):Javassist can be a good tool for adding new methods into a class and for inserting before/after/around advice at the both caller and callee sides.
• Reflection:Ones of applications of Javassist is runtime reflection;Javassist enables Java programs to use a metaobject that controls method calls on base-level objects.No specialized complier or virtual machine are needed.

4.JAVAssist库的API简介

• javaassist的最外层的API和JAVA的反射包中的API颇为类似
• 它主要由CtClass,CtMethod,以及CtField几个类组成.用以执行和JDK反射API中java.lang.Class,java.lang.reflect.Method,java.lang.reflect.Method.Field相同的操作(Ct为Complie Time)

5.JAVAssist库的简单使用

• 创建一个全新的类
• 使用XJAD反编译工具,将生成的class文件反编译成JAVA文件

使用前先导入javassist的jar包
Demo:

/**
 * 使用javassist生成一个新的类
 * @author Matrix42
 *
 */
public class Demo01 {

    public static void main(String[] args) throws Exception{
        
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass cc = pool.makeClass("com.lorinda.bean.Emp");
        
        //创建属性
        CtField f1 = CtField.make("private int empno;", cc);
        CtField f2 = CtField.make("private String ename;", cc);
        cc.addField(f1);
        cc.addField(f2);
        
        //创建方法
        CtMethod m1 = CtMethod.make("public int getEmpno(){return empno;}", cc);
        CtMethod m2 = CtMethod.make("public void setEmpno(int empno){this.empno = empno;}", cc);
        cc.addMethod(m1);
        cc.addMethod(m2);
        CtMethod m3 = CtMethod.make("public String getEname(){return ename;}", cc);
        CtMethod m4 = CtMethod.make("public void setEname(String empno){this.ename = ename;}", cc);
        cc.addMethod(m3);
        cc.addMethod(m4);
        
        //添加构造器
        CtConstructor constructor = new CtConstructor(new CtClass[]{CtClass.intType,pool.get("java.lang.String")}, cc);
        constructor.setBody("{this.empno=$1;this.ename=$2;}");
        cc.addConstructor(constructor);
        
        //将上面构造好的类写入到d:/myjava
        cc.writeFile("d:/myjava");
        System.out.println("生成类,成功!");
        
    }

}

创建完成后使用XJAD反编译就可以看到源码了

反编译源码:

package com.lorinda.bean;

public class Emp
{
    private int empno;
    private String ename;

    public int getEmpno()
    {
        return empno;
    }

    public void setEmpno(int i)
    {
        empno = i;
    }

    public String getEname()
    {
        return ename;
    }

    public void setEname(String s)
    {
        ename = ename;
    }

    public Emp(int i, String s)
    {
        empno = i;
        ename = s;
    }
}

6.JAVAssist库的API详解

• 方法操作

  修改已有方法的方法体(插入代码到已有方法体)

  新增方法

  删除方法

  a	b	c
  \$0,\$1,\$2,...	this and actual parameters	\$0 代表的是 this,\$1 代表方法参数的第一个参数,\$2 代表方法参数的第二个参数, 以此类推,$N 代表方法参数的第 N 个参数
  \$args	An arrar of parameters	The type of $args is Object[], \$args[0] 对应的是 \$1 而不是 \$0
  $$	所有方法参数的简写, 主要用在方法调用上	move(String a,String b) move(\$\$) 相当于 move(\$1,\$2)
  fallthrough	path	在类路径, 源文件路径等中有不存在的路径警告
  \$cflow
  \$r
  \$_
  addCatch()
  \$class
  \$sig

  ​

• 属性操作

  修改已有方法的方法体(插入代码到已有方法体)

  新增方法

  删除方法

Demo:

import java.awt.color.CMMException;
import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.Arrays;

public class Demo02 {

    public static void test01() throws Exception{
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass cc = pool.get("javassist.Emp");
        
        byte[] bytes = cc.toBytecode();
        System.out.println(Arrays.toString(bytes));
        
        System.out.println(cc.getName());       //获得类名
        System.out.println(cc.getSimpleName()); //获得简要类名
        System.out.println(cc.getSuperclass()); //获得父类
        System.out.println(cc.getInterfaces()); //获得接口
    }
    
    public static void test02()throws Exception{
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass cc = pool.get("javassist.Emp");
        
        //CtMethod m = CtMethod.make("public int add(int a,int b){return a+b;}", cc);
        CtMethod m = new CtMethod(CtClass.intType,"add",
                new CtClass[]{CtClass.intType,CtClass.intType},cc);
        m.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
        m.setBody("{System.out.println(\"Ha Ha\");return $1+$2;}");
        
        cc.addMethod(m);
        
        //通过反射调用新生产的方法
        Class<?> clazz = cc.toClass();
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("add", int.class,int.class);
        Object result = method.invoke(obj, 200,300);
        System.out.println(result);
    }
    
    public static void test03()throws Exception{
        
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass cc = pool.get("javassist.Emp");
        
        CtMethod cm = cc.getDeclaredMethod("sayHello", new CtClass[]{CtClass.intType});
        cm.insertBefore("System.out.println($1);");
        
        Class<?> clazz = cc.toClass();
        Object obj = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("sayHello", int.class);
        method.invoke(obj, 90);
        
    }
    
    public static void test04() throws Exception{
        
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass cc = pool.get("javassist.Emp");
        
        //CtField f1 = CtField.make("private int empno", cc);
        CtField f1 = new CtField(CtClass.intType,"salary",cc);
        f1.setModifiers(Modifier.PRIVATE);
        cc.addField(f1,"1000");//1000位默认值
        
       // cc.getDeclaredField("ename"); //获取指定属性
        
        cc.addMethod(CtNewMethod.getter("salary",f1));
        cc.addMethod(CtNewMethod.setter("salary", f1));
    }
    
    public static void test05()throws Exception{
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass cc = pool.get("javassist.Emp");
        
        CtConstructor[] cs = cc.getConstructors();
        for (CtConstructor ctConstructor : cs) {
            System.out.println(ctConstructor.getLongName());
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //test01();
        //test02();
       // test03();
       // test04();
        test05();

    }

}

• 构造方法操作

  getConstructors()

• 注解操作

代码片段:

public @interface Author {
String name();
int year();
}

@Author(name="Chiba",year=2005)
public class Point{
    int x,y;
}

CtClass cc = ClassPool.getDefault.get("Point");
Object[] all = cc.getAnnotations();
Author a = (Author)all[0];
String name = a.name();
int year = a.year();
System.out.println("name:"+name+",year:"+year);

当调用了writeFile(),toClass(),toBytecode(),Javassist会把那个CtClass对象冻结,如果想使用冻结的对象可以调用.defrose()方法

• 局限性

  JDK5.0新语法不支持(包括泛型,枚举),不支持注解修改,单可以的通过底层javasist类来解决,具体参考:javassist.bytecode.annotation

  不支持数组的初始化,如String[]{"1","2"},除非只有数组容量为1

  不支持内部类盒匿名类

  不支持continue盒break表达式

  对于继承关系,有些语法不支持,如:

  • class A{}
  • class B extends A{}
  • class C extends B{}