Java编程的动态特性, 从Reflection到Runtime Class Transformation

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关于Java编程的动态特性,从认识的过程上要从 Reflection 到 instrumentation。

1. 初步的开发者刚接触到Reflection会非常兴奋,因为反射可以在运行时完成很多之前不可能的任务,这件利器使人打破了很多束缚。
2. Java Annotation出现后,更让Java变得更加有活力,更加友好。Annotation + Reflection + enum + Class Literal可以让过去比较难于完成的任务容易很多,这种初步的元驱动的方式毕竟打开了元驱动的新天地。
3.进入元驱动的世界,把Java语言,这种编译型语言,不再作为指令和数据的表达方式,而作为元数据的表达方式,开启了一种奇特的开发领域特定 脚本 语言的经历,这已经很酷了。
4. 毕竟Java Reflection还有自己的开销。不仅性能损耗是直接invoke发生的近1000倍,而且对于面向方面编程还需要引入动态代理和接口,虽然后者可能也不算什么,毕竟大家这样做很久了。但是Java还是提供了更加动态和简洁的方式,那就是Instrumentation,可以运行时在装载Class到ClassLoader的过程中进行字节码转换。这项技术被很多知名的编程框架所采用(有的是在编译时修改字节码), 比如EJB3.X, JPA persistence provider runtime eclipselink, Hibernate,无所不能的测试框架jmockit等等。

那么如何入门Instrumentation呢?

学习Instrumenation需要了解以下几个
主要 方面: 
1. JVM规范 的bytecode的 相关信息
2. JVM规范中Java Class Format 
3. Instrumation框架
4. 受欢迎的几个类库: Javassist, BCEL
5. 学习过程中使用到的工具: javap, eclipse的byte code visualizer, vim等等

如何上手?
1. 入手的时候,建议首先通过javap命令观察几个自己熟知的比较小一点的类,对于class文件中的概念有一些感性认识,比如Constant Pool,Code, ACC_XXX等等,命令如下:
  javap -v -l -p -c -s -constants /demo/standalone/ServiceOrder\$1.class
2. 看了几个类文件之后,可以看一个模拟JVM执行的demo。这是比较早期的一本非常知名的书籍作者编写的一系列的applet, 这些demo都在“深入Java虚拟机第二版CD.zip”这个文件中,如果你无法使用浏览器打开这些applet,那么你可以用jdk自带的 appletviewer命令打开这些网页。比如其中有一个关于JVM模拟执行bytecode的例子, 可以了解到LocalVariableTable和Operand Stack以及PC的概念
    appletviewer EternalMath.html 
3. 比较有感觉了以后,建议学习IBM developerworks上的《Java编程的动态性 》这套教程,一共8个部分,介绍了从Reflection到Instrumentation的过程(其中介绍的Javassist和BCEL在运行时都是基于Instrumentation)。动手做一些教程中的例子,建议采用编译目标定为1.6,避免出现一些错误。教程地址:
http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-dyn0610/index.html

4. 有实际这方面需要的时候,在采用Javassist或者BCEL这种类库工具外,还要自己设计class转换前或者转换后的样式。那么这时候以下这些信息会派上用场:

a. vim -b xxxx.class, 进入vim后使用%!xxd以16进制对照ASCII码观察字节码
b. 前面提到的javap命令观察比较转换前后的区别,以及和目标的区别,通常目标是一个手工写的并且编译过的class文件
c. 也可以通过eclipse的一个插件byte code visualizer来查看,他提供了两个字节码查看器。一个是类似javap的重点查看方法byte code的,而另一个是类似vim -b + %!xxd的16进制对照字节码的,但是提供了更多的信息。
d. 剩下的就是要参考JVM规范了,其中两章很常用 ,分别是 Class File Format和 Java Virtual Machine Instruction Set

http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-4.html
http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-6.html

 

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