ByteBuddy 是一个非常强大的JAVA二进制码生成工具，以前我使用过JAVASIST，那时的主要应用场景是根据为没有源代码的JAVA类(如一些第三方JAVA库)添加一些日志方便排查问题，但是JAVASIST有一些缺陷: 首先添加日志在方法的开始和结束比较容易, 如果想更改方法本身的二进制码会相当麻烦. 其次是不支持动态代码 而ByteBuddy则提供了许多方便好用的HELPER方法帮助我们生成或者增强JAVA类二进制码. 但是ByteBuddy本身相关的资料略少, API也比较复杂. 这里我主要结合工作中的一些实际使用场景给大家介绍一下.
使用场景1：动态生成JAVA CLASS
这是ByteBuddy最基本但是最有用的USECASE, 比如说，我定义一个SCHEMA，希望根据SCHEMA生成对应的JAVA类并加载到JVM中. 当然你可以用一些模板工具比如VELOCITY之类生成JAVA源代码再进行编译, 但是这样一般需要对项目的BUILD脚本(maven/gradle)进行一些定制. 用ByteBuddy生成类的强大之处在于, 这个类可以通过JAVA代码生成并且可以自动加载到当前的JVM中,这样我可以在application初始化的时候从SCHEMA REGISTRY中读取到SCHEMA定义,通过ByteBuddy生成对应的JAVA类加载到JVM中, 并且一旦SCHEMA发生变化如增加新属性, 不需要做任何改动, 在JVM重启后类定义会自动同步更新. 当然一个限制是你只能用反射的方式访问这个新定义的类. 代码样例如下 (Kotlin语言):
private fun buildSchemaClass(schema: Schema, classLoader: ClassLoader): Class<*> {
logger.info("Start building schema class for schema={}, version={}", schema.name, schema.version)
val typeBuilder = ByteBuddy().subclass(Any::class.java).name(className(schema))
var tempBuilder = typeBuilder
schema.columns.forEach { column ->
tempBuilder = tempBuilder
.defineField(column.name, columnTypeToJavaClassMapping[column.type], Visibility.PRIVATE)
}
schema.columns.forEach { column ->
tempBuilder = tempBuilder.defineMethod(toGet(column.name), columnTypeToJavaClassMapping[column.type], Modifier.PUBLIC)
.intercept(FieldAccessor.ofBeanProperty())
.defineMethod(toSet(column.name), Void.TYPE, Modifier.PUBLIC).withParameters(columnTypeToJavaClassMapping[column.type])
.intercept(FieldAccessor.ofBeanProperty())
}
return tempBuilder.make().load(classLoader, ClassLoadingStrategy.Default.WRAPPER).loaded.also {
logger.info("Success building schema class: {}", it.name)
}
}大家可以看到，定义GET/SET方法完全不需要实现方法体,通过intercept(FieldAccessor.ofBeanProperty) 可以自动将GET/SET方法和对应的属性绑定自动生成方法体.
使用场景2：JAVA AGENT代理.
这是另一个异常强大的功能，可以动态修改类的定义，用于强行修改一些第三方LIB中一些不容易扩展的类，而不需要修改类的源代码和JAR包. 不知道大家有没有用过JAVA 本身的AGENT, 在一些性能监控的工具常常会用到, 需要在JVM启动的时候加agentlib参数，在AGENT中可以对原始JAVA的二进制码做增强埋点. ByteBuddy强大之处是它连agentlib参数都不需要了,侵入性更小. 一个很好的例子是FLYWAY，我们需要在FLYWAY执行数据库脚本的时候将脚本执行到一个额外的数据库(SPANNER). 需要扩展org.flywaydb.core.internal.resolver.sql.SqlMigrationExecutor的execute方法执行额外的写操作, 不得不吐槽一下FLYWAY,一大堆的继承接口但是代码基本没法扩展. 这时可以通过ByteBuddy Agent 拦截SqlMigrationExecutor的execute方法,在原始方法执行之后实现额外的数据库写操作. 唯一需要提的一点是ByteBuddy Agent只支持JVM不支持JRE. 代码示例如下:
object SqlMigrationResolverEnhancer {
fun enhance(inst: Instrumentation) {
if (!SpannerConfigUtils.enableSpanner) {
logger.info("Spanner is not enabled!!!!!!!!!!!!!!!!, no intercept will occure")
return
}
val temp = Files.createTempDirectory("tmp").toFile()
ClassInjector.UsingInstrumentation.of(temp, ClassInjector.UsingInstrumentation.Target.BOOTSTRAP, inst).inject(
Collections.singletonMap(
TypeDescription.ForLoadedType(MigrationResolverInterceptor::class.java),
ClassFileLocator.ForClassLoader.read(MigrationResolverInterceptor::class.java!!)
)
)
AgentBuilder.Default()
.ignore(ElementMatchers.nameStartsWith("net."))
.ignore(ElementMatchers.nameStartsWith("com."))
.enableBootstrapInjection(inst, temp)
.type(ElementMatchers.nameEndsWith("SqlMigrationResolver"))
.transform { builder, _, _, _ ->
builder.method(ElementMatchers.hasMethodName("resolveMigrations"))
.intercept(MethodDelegation.to(MigrationResolverInterceptor::class.java))
}.with(object : AgentBuilder.Listener {
override fun onComplete(
typeName: String?,
classLoader: ClassLoader?,
module: JavaModule?,
loaded: Boolean
) {
// just ignore onComplete
}
override fun onDiscovery(
typeName: String?,
classLoader: ClassLoader?,
module: JavaModule?,
loaded: Boolean
) {
// just ignore onDiscovery
}
override fun onIgnored(
typeDescription: TypeDescription?,
classLoader: ClassLoader?,
module: JavaModule?,
loaded: Boolean
) {
// just ignore onIgnored
}
override fun onTransformation(
typeDescription: TypeDescription?,
classLoader: ClassLoader?,
module: JavaModule?,
loaded: Boolean,
dynamicType: DynamicType?
) {
logger.debug("Tranforming class: $typeDescription")
}
override fun onError(
typeName: String?,
classLoader: ClassLoader?,
module: JavaModule?,
loaded: Boolean,
throwable: Throwable?
) {
logger.error("Error intercepting type: $typeName", throwable)
}
})
.installOn(inst)
}
}
class MigrationResolverInterceptor {
companion object {
private val logger: Logger = LoggerFactory.getLogger(MigrationResolverInterceptor::class.java)
@JvmStatic
@RuntimeType
fun intercept(@SuperCall delegate: Callable>): Collection {
val spannerProperties = SpannerProperties(SpannerConfigUtils.projectId, SpannerConfigUtils.instanceId, SpannerConfigUtils.databaseName)
val originalCol = delegate.call() as MutableList
logger.info("Intercepting migration resolver method ---------------------------------------- $originalCol")
return ResolvedMigrationExecutorReplacer.replaceSqlMigrationExecutor(originalCol, spannerProperties)
}
}
}
代码并不复杂，通过ElementMatchers先缩小CLASSPATH中扫描包的范围，在通过ElementMatcher类名和方法名指定需要拦截的方法，再指定拦截器的类名. 这里注意的是Agent的enhance方法必须在被拦截的类被JVM加载之前执行，因为一个类在一个CLASSLOADER中只能被加载一次，加载完无法修改了. 注册AgentBuilder.Listener并非必须,但是对排查期望的类方法没有被正确拦截的问题非常有用. 另外注意我们只指定了Interceptor的类名而没有指定方法, 而且Interceptor类中的方法必须是一个Static方法，通过@RuntimeType指定是拦截器需要执行的方法. @SuperCall用于注入原始方法调用的代理. 可以在SpringBoot 主方法的开始调用
SqlMigrationResolverEnhancer.enhance(ByteBuddyAgent.install())至于ResolveMigrationExecutorReplacer的实现和ByteBuddy无关, 代码仅供参考不再赘述.
object ResolvedMigrationExecutorReplacer {
private val databaseField = SqlMigrationExecutor::class.java.getDeclaredField("database")
private val sqlScriptField = SqlMigrationExecutor::class.java.getDeclaredField("sqlScript")
init {
databaseField.isAccessible = true
sqlScriptField.isAccessible = true
}
fun replaceSqlMigrationExecutor(migrationList: MutableList, spannerProperties: SpannerProperties): List {
migrationList.forEach { resolvedMigration ->
val migrationExecutor = resolvedMigration.executor
if (migrationExecutor is SqlMigrationExecutor &&
resolvedMigration is ResolvedMigrationImpl) {
val database: Database<*> = databaseField.get(migrationExecutor) as Database<*>
val sqlScript: SqlScript = sqlScriptField.get(migrationExecutor) as SqlScript
resolvedMigration.executor = SpannerSqlMigrationExecutor(database, sqlScript, spannerProperties)
}
}
return migrationList
}
} 使用场景3：AOP切面
和场景2类似，但有时我们不需要改变原始类的实现，而是希望产生一个新的类对原始类的某些行为做增强. AOP本质是生成一个新的PROXY代理类替换原有的实现. JAVA本身提供了基于InvocationHandler的DynamicProxy, 但是有几个比较大的限制. 1. 被拦截的类必须实现一个接口. 2. InvocationHandler 只提供了一个方法: public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable. 假设被拦截的接口有很多个方法, 如java.sql.PreparedStatement, 需要对某些方法进行特殊处理，那需要基于方法名写一大堆的If/else逻辑，代码不够优雅. Spring提供了基于AspectJ的AOP, 但是这个强依赖于Spring体系必须是在Spring容器中受管理的Bean. 而ByteBuddy则可通过灵活的匹配模式指定需要代理的方法，其他方法则可默认为原始类的实现不改变行为. 并且类似于ASPECTJ, 切面的实现可以独立出来. 一个使用场景是代理java.sql.DataSource/Connection/PreparedStatement/ResultSet. 指标统计，分库分表等实现都需要. 这里实现了一个简单通用的代理织入器，可以对某个类的某一组方法应用一个Advisor拦截器，返回一个被增强的原始类的子类.
object DelegateAgent {
fun buildDelegateClass(sourceClass: Class, methodNames: List,
advisorClass: Class<*>): Class {
val builder = ByteBuddy().subclass(sourceClass, ConstructorStrategy.Default.IMITATE_SUPER_CLASS)
val methodMatchers = getMethodMachers(methodNames)
return builder.method(methodMatchers)
.intercept(MethodDelegation.to(advisorClass))
.make().load(
DelegateAgent::class.java.classLoader
).loaded
}
private fun getMethodMachers(methodNames: List): ElementMatcher {
var methodMatcher =
ElementMatchers.none()
if (methodNames.isEmpty()) {
return ElementMatchers.any()
}
methodNames.forEach {methodName ->
methodMatcher = methodMatcher.or(ElementMatchers.named(methodName))
}
return methodMatcher
}
} 注意ByteBuddy().subclass(sourceClass, ConstructorStrategy.Default.IMITATE_SUPER_CLASS), 这样生成的子类自动拥有父类所有的Constructor. 无需重新定义. 使用的例子如下:
object DataSourceAdvisor {
@JvmStatic
@RuntimeType
fun onMethodExecution(
@This sourceObj: Any,
@Origin method: Method
@AllArguments arguments: Array): Any {
//just for demo purpose
println("Current method is: " + method.name)
return method.invoke(sourceObj, * arguments)
}
}
fun testAgent() {
val config = HikariConfig().apply {
this.jdbcUrl = "jdbc:mysql://xxxx"
this.driverClassName = "org.postgresql.Driver"
this.username = "postgres"
this.password = "postgres"
this.maximumPoolSize = 1
}
val resultDsClass = DelegateAgent.buildDelegateClass(HikariDataSource::class.java, listOf("getConnection"),
DataSourceAdvisor::class.java)
val newDs = resultDsClass.getConstructor(HikariConfig::class.java).newInstance(config)
println(newDs.connection)
}
这里的拦截器仅仅打印了方法名. 和场景二的非常相似，拦截器的实现也是一个类的静态方法，唯一的区别是原始对象，参数列表等使用的Annotation不同，场景2中应该使用net.bytebuddy.asm.Advice 中的annotation. 场景3应该使用的是net.bytebuddy.implementation.bind.annotation包中的annotation
使用ByteBuddy中的碰到一些问题：
- 构造方法无法被直接Instrument. 参考以下链接的一些讨论:
http://www.it1352.com/995885.html
https://stackoverflow.com/questions/34907382/intercepting-default-constructor-with-byte-buddy - 场景2 Agent实现中如果方法的参数签名和拦截器的参数不完全匹配，则需要使用@RuntimeType annotation. 否则可能遇到以下错误:
java.lang.IllegalArgumentException: None of [interceptor methods] allows for delegation from [target method] at net.bytebuddy.implementation.bind.MethodDelegationBinder$Processor.bind(MethodDelegationBinder.java:1096)https://stackoverflow.com/questions/41406698/how-to-use-bytebuddy-pipe-annotation-with-fieldvalue-to-implement-delegate-pat