Java源代码和字节代码操作
Java虚拟机平台代码的编译，运行流程：
1、用户编写、或运行时动态编译 => Java源代码
2、javac、或使用工具动态创建 => Java字节码
3、Java字节码在被虚拟机执行前，修改代码内容来改变程序行为。
一、Java字节代码格式
大部分Java源代码在编译之后生成，保存在class文件中。（当然字节代码也可以通过网络从远程服务器下载，或运行时动态生成）
字节代码准确来说是包含单个Java类或借口定义的字节流，通常用byte[]来标示。
字节代码的一般格式：
1、所有类和借口都用全名表示，并且用”/”代替“.”。 java.lang.String => java/lang/String
2、基本类型用一个字符表示。B（byte）、C（char）、D（double）、F（float）、I（int）、J（long）、S（short）、Z（boolean）
3、数组类型，在元素类型前加上“[”，“[”的个数表明维度。[[D： 一个double类型的二维数组。
4、方法，格式为“（参数类型）返回值类型”（返回值void, 用V表示）。int calculate(String str) => （Ljava/lang/String）I。
注：字节代码是以个连续的字节流，每个部分含义不同，在解析时，需要识别出不同内容的字节数据之间的边界（数据有定长和不定长之分），具体细节可以翻阅周志明的《深入理解Java虚拟机》。
二、动态编译Java源代码
一般源代码是程序员事先写好，然后通过编译器转换为字节代码去执行。
动态编译源代码，可以把编译和运行两个过程同一起来，都在运行时完成，为程序增加了运行时动态修改其行为的能力。（相对于修改字节码，修改源代码更容易理解）
动态编译源代码的场景一般比较简单：
对于一个Java源文件，在运行时使用API编译出字节代码，再通过类加载器加载到虚拟机中，使用Java反射API调用。
源代码可能来自磁盘，或远程服务器。
1、使用javac，最直接最简单（虽然大多时候是作为命令行工作使用，但通过Java标准库提供的创建底层操作系统上进程的能力，可以在运行时动态调用）
public class JavaCompiler{
public void compile(Path src,Pathoutput)throws CompileException{
ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder("javac.exe", src.toString(), "-d", output.toString());
try{
pb.start();
}catch(IOException e){
throw new CompileException(e);
}
}
}javac工具也提供了编程接口程序直接调用，相对于外部进程，可移植性和性能更好。
public void compile(Path src, Path output) throws CompileException{
String[] args = new String[] (src.toString(), "-d", output.toString());
try{
PrintWriter out = new PrintWriter(Paths.get("output.txt".toFile());
com.sun.tools.javac.Main.compile(args, out);
}catch(FileNotFoundException e){
throw new CompileException(e);
}
}注：com.sun.tools.* 都是Oracles的私有实现，将来可能发生变化，从而造成维护上的问题。
2、Java编译器APIJavaSE 6 开始，Java编译器相关API以JSR 199的形式规范了下来，使用编译器API可以对编译过程进行更加精细的控制。
public class JavaCompilerAPICompiler{
public void compile(Path src, Path outpu) throws IOException{
JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();//得到当前Java平台上默认的编译器实现。
//JavaFileManager 负责在编译过程中对Java源代码和字节代码文件的管理
try(StandardJavaFileManager fileManager = compiler.getStandardFileManager(null,null,null)){
//FileObject是编译器API中对所从操作的对象来源进行了抽象，可以表示磁盘文件，内存对象和数据库中的数据等，主要用于获取来源信息和读写操作
//JavaFileObject继承自FileObject
Iterable compilationUnits = fileManager.getJavaFileObjects(src.toFile());
Iterable options = Arrays.asList("-d", output.toString());
CompilationTask task = compiler.getTask(null , fileManager, null, options, null, compilationUnits);
boolean result = task.call();
}
}
} 注：编译器API相比javac工具，重要优势在于Java源代码的存在不限于文件形式。
JavaFileObject接口的实现对象可以作为源代码的来源。在实现JavaFileObject接口时，比较好的做法是继承已有的javax.tools.SimpleJavaFileObject类。
例子：从字符串创建出JavaFileObject接口的实现对象。
public class StringSourceJavaFileObject extends SimpleJavaFileObject{
private String content;
public StringSourceJavaFileObject(String name, String content){
super(URI.create("String:///" + name.replace('.','/') + Kind.SOURCE.extension), Kind.SOURCE);
this.content = content;
}
public CharSequence getCharContent(boolean ignoreEncodingErrors) throws IOException {
return content;
}
}（1、解析String，很费力；2、使用脚本语言支持API；3、使用Java编译器API，把表达式作为Java方法的内容）
public class Calculator extends ClassLoader{
public double calculate(String expr) throws Exception{
String className = "CalculatorMain";
String methodName = "calculate";
String source = "public class " + className + " {public static double " + methodName + "(){ return " + expr + ";}}";
JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
StandardJavaFileManager fileManager = compiler.getStandardFileManager(null, null, null);
JavaFileObject sourceObject = new StringSourceJavaFileObject(className, source);
Iterable fileObjects = Array.asList(sourceObject);
Path output = File.createTempDirectory("calculator");
Iterable options = Arrays.asList("-d", output.toString());
CompilationTask task = compiler.getTask(null, fileManager, null, options, null, fileObjects);
boolean result = task.call();
if(result){
byte[] classData = Files.readAllBytes(Paths.get(output.toString(), className + ".class"));
Class clazz = defineClass(className, classData, 0, classData.length);
Method method = clazz.getMethod(methodName);
Object value = method.invoke(null);
return (Double) value;
}else{
throw new Exception("无法识别的表达式")
}
}
} public class CalculatorMain{
public static double calculate(){
return (3+2) * 5;
}
}注：Java编译API为编译源代码提供了规范的API，但能力有限，更强大的有 Eclipse JDT编译器（Java development tools），变成接口更丰富。
三、字节代码增强
在某些情况下，可能无法获得相关的源代码，而只得到二进制的字节代码，如果希望对字节代码进行处理，需要用到字节代码增强技术。
可以选择轻量级的ASM或AspectJ等。
四、注解
注解（annotation）是J2SE5.0引入的对Java所做的重要修改之一。
1、注解声明使用的事“@interface”
2、注解不能添加泛型声明，也不能使用extends来继承自另外的接口，所有注解都隐式继承自java.lang.annotation.Annotation。
3、元注解（java.lang.annotaion.Target）声明注解可以用的范围，
TYPE（类型声明），ANNOTATION_TYPE（注解类型声明），PACKAGE（包声明），CONSTRUCTOR（构造方法），FIELD（域），METHOD（方法），PARAMETER（方法参数），LOCAL_VARIABLE（方法中局部变量）。
4、元注解（java.lang.annotaion.Rentention），表示注解的保留策略， 默认为CLASS。
SOURCE（只存在源文件中），CLASS（字节代码中），RUNTIME（字节代码中，并且运行时可用，可以通过反射API来获取注解相关信息）
注：局部变量的注解在任何情况下都不会保留在字节代码中。
5、元注解（java.lang.annotation.Inherited），表示注解类型对应的注解声明是可以被继承的。
Java标准库提供了几个一般的注解：
a、java.lang.Override
b、java.lang.Deprecated
c、java.lang.SuppressWarnings
6、创建注解类型
@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
public @interface Author{
String name();
String email();
boolean enableEmailNotfication() default true;
}// 如果注解类型只包含一个元素，使用value作为该元素名称，在使用时可以省略。
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Employee{
enum EMPLOYEE_TYPE {REGULAR, CONTRACT};
EMPLOYEE_TYPE value();
}@Target(ElementTYPE.TYPE)
public @interface WithArrayValue{
String name();
Class [] appliedTo();
}@Author(name="Alex", email = "[email protected]")
public class MyClass{
}@Employee(EMPLOYEE_TYPE.REGULAR)
public class AnotherClass{
}@WithArrayValue(name="Test",appliedTo = {String.class, Integer.class})
public class ArrayClass{
}处理直接通常有两种方式：在编译时、或在运行时。
J2SE 5.0使用的apt工具和Oracle私有的Mirror API工具已经在JavaSe 7中被声明为 废弃。
J2SE 6.0引入了Pluggable Annotaion Processing API，对注解处理机制进行了标准化。
a、分析注解，比如统计一个有多少个类加载了某个注解。（编译时）
b、根据注解，创建和修改源代码（运行时）
c、使用反射处理注解（运行时）
典型的场景：把注解、反射API和动态代理结合起来。注解用来设置运行时的行为，反射API用来解析注解，动态带来负责应用的具体行为。
例子：权限管理
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Role{
String[] value();
}public interface EmployeeInfoManager{
@Role("manager")
public void updateSalary();
}public class EmployeeInfoManagerFactory{
private static class AccessInvocationHandler implements InvocationHandler{
private final T targetObject;
public AccessInvocationHandler(T targetObject){
this.targetObject = targetObject;
}
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable{
Role annotation = method.getAnnotation(Role.class);
if(annotation != null){
String[] roles = annotation.value();
String currentRole = AccessManager.getCurrentUserRole();
if(!Arrays.asList(roles).contains(currentRole)){
throw new RuntimeException("没有调用此方法的权限。")
}
}
return method.invoke(targetObject, args);
}
public static EmployeeInfoManager getManager(){
EmployeeInfoManager instance = new DefaultEmployeeInfoManager();
return (EmployeeInfoManager)Proxy.newProxyInstance(instance.getClass().getClassLoader(), new Class{EmployeeInfoManager.class},new AccessInvocationHandler(instance));
}
}