Java 动态性(4) - 字节码操作

摘要：字节码操作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性能高于反射低于常见的字节码操作类库这是的项目的一部分是广泛使用的一种框它

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

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...

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.

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)

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;
    }
}

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

​

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{}