javassist翻译之三《类加载器》
如果事先知道哪些类必须被修改，修改这些类最简单的方法如下：
- 通过调用ClassPool.get( ) 获取一个CtClass对象；
- 修改它；
- 对该CtClass对象调用writeFile( )或toBytecode( )方法以获取修改的类文件；
但是如果在加载时确定类是否被修改，则用户必须使Javassist与类加载器协作。Javassist可以与类加载器一起使用，以便字节码在加载时可以被修改。Javassist的用户可以定义他们自己的类加载器的版本，但是也可以使用Javassist提供的类加载器。
3.1 The toClass method in CtClass
CtClass提供了一个方便的方法: toClass( )方法，该方法请求当前线程的上下文类加载器加载由CtClass对象表示的类。要调用这个方法，调用者必须有适当的权限; 否则，可能会抛出SecurityException。
我们来看下如何使用toClass方法( )：
public class Hello {
public void say() {
System.out.println("Hello");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = cp.get("Hello");
CtMethod m = cc.getDeclaredMethod("say");
m.insertBefore("{ System.out.println(\"Hello.say():\"); }");
Class c = cc.toClass();
Hello h = (Hello)c.newInstance();
h.say();
}
}Test.main()在Hello中的say()的方法主体中插入对println语句。然后它构造修改后的Hello类的实例，并在该实例上调用say() 方法。
请注意，上面的程序能正常执行取决于在调用toClass()方法之前，Hello类没有被加载过。然而，如果JVM在请求加载修改后的Hello类之前加载过原始的Hello类，那么加载修改后的Hello类将失败(LinkageError is thrown)。例如：
public class Hello {
public void say() {
System.out.println("Hello");
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Hello orig = new Hello(); //JVM提前加载Hello类
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = cp.get("Hello");
CtMethod m = cc.getDeclaredMethod("say");
m.insertBefore("{ System.out.println(\"Hello.say():\"); }");
Class c = cc.toClass(); // 报错，因为JVM中不允许一个类重复加载
Hello h = (Hello)c.newInstance();
h.say();
}
}如上代码所示：如果类Hello在调用toClass( )之前，已经在JVM中加载了一个原始的Hello类，将会抛出异常。因为类加载器不能允许同时加载两个不同版本的Hello类。
如果程序在JBoss和Tomcat等应用服务器上运行，toClass( )使用的上下文类加载器可能不合适。下面的例子中，你将看到一个意想不到的ClassCastException异常。为了避免这种异常，必须为toClass( ) 方法定义一个合适的类加载器。例如，如果一个bean是你的会话bean对象，那么应该用下面的方式：
CtClass cc = ...;
Class c = cc.toClass(bean.getClass().getClassLoader());上面的这种方式就可以很好的工作。你应该将程序的类加载器作为toClass( )的参数(在上面的例子中，参数为bean对象的类的类加载器)。
toClass( ) 是为了方便而提供的。 如果你需要更复杂的功能，你应该写你自己的类加载器。
3.2 Class loading in Java
在Java中，多个类加载器可以共存，每个类加载器都创建自己的名称空间。不同的类加载器可以使用相同的类名加载不同的类文件。被类加载器装载的两个类被认为是不同的两个类。此功能使我们能够在单个JVM上运行多个应用程序，即使这些程序包含具有相同名称的不同类。
注意：
JVM不允许动态重载一个类。
一旦类加载器加载一个类，它就不能在运行时重新加载该类的修改版本。因此，在JVM加载之后，您不能改变类的定义。
然而，JPDA(Java Platform Debugger Architecture))提供了为重新加载类提供了有限的能力。如果同一个类文件被两个不同的类加载器加载，则JVM将创建两个具有相同名称和定义的不同类。这两个Class被认为是不同的Class。由于两个类不相同，所以一个类的实例不能分配给另一个类的变量。如果你这样这样做了，则两个类之间的转换操作会失败并抛出ClassCastException异常。
如下所示，代码将抛出一个异常：
MyClassLoader myLoader = new MyClassLoader();
Class clazz = myLoader.loadClass("Box");
Object obj = clazz.newInstance();
Box b = (Box)obj; // this always throws ClassCastException.Box类由两个类加载器加载。 假设一个类加载器CL加载一个包含这个代码片段的类。由于此代码片段中引用了MyClassLoader、Class、Object和Box，因此CL还会加载这些类(除非委托给另一个类加载器)。因此，变量b的类型是由CL加载的Box类。 另一方面，myLoader也加载Box类。obj对象是由myLoader加载的Box类的一个实例。 因此，最后一条语句总是抛出一个ClassCastException，因为obj类是Box类的一个不同的版本，与用作变量b类型的不同。
多个类加载器形成一个树形结构。Each class loader except the bootstrap loader has a parent class loader, which has normally loaded the class of that child class loader. 由于加载类的请求可以沿着这个类加载器的层次结构进行委托，所以一个类可以通过一个类加载器加载，并且这个正在被加载的类不能够被请求。因此，被请求加载类“C”的类加载器可能与实际加载类”C”的加载器不同。为了区分，我们称前加载器为C的启动器，我们称后加载器为C的实际加载器。
此外，如果请求加载类C(C的发起者)的类加载器CL委派给父类加载器PL，则类C的定义中引用的任何类定义都不会被类加载器CL所加载。CL不是这些类的发起者。相反，父类加载器PL成为它们的启动器，并且请求加载它们。 C类是由C的实际加载器加载的。
为了理解上面的意思，看个例子：
public class Point { // loaded by PL
private int x, y;
public int getX() { return x; }
:
}
public class Box { // the initiator is L but the real loader is PL
private Point upperLeft, size;
public int getBaseX() { return upperLeft.x; }
:
}
public class Window { // loaded by a class loader L
private Box box;
public int getBaseX() { return box.getBaseX(); }
}假设类加载器L加载了一个类Window。类Window的启动器和实际加载器都是L。由于类Window中定义了类Box，JVM会要求类加载器L加载类Box。这里，假设L将这个任务委托给父类加载器PL。加载类Box的发起者是L，但真正的装载者是PL。在这种情况下，Point的发起者不是L，而是PL，因为它与Box的真实加载器相同。因此L永远不会被要求加载Point。
接下来，让我们考虑一个稍微修改会后的例子：
public class Point {
private int x, y;
public int getX() { return x; }
:
}
public class Box { // the initiator is L but the real loader is PL
private Point upperLeft, size;
public Point getSize() { return size; }
:
}
public class Window { // loaded by a class loader L
private Box box;
public boolean widthIs(int w) {
Point p = box.getSize();
return w == p.getX();
}
}现在Window的定义也指向Point。 在这种情况下，如果请求加载Point，则类加载器L也必须委托给PL。 你必须避免让两个类加载器加载同一个类。 两个装载者必须有一个委托给另一个。
如果L在加载Point时没有委托给PL，则widthIs( )方法将引发ClassCastException异常。 由于Box的实际加载器是PL，所以Box中的Point也由PL加载。 因此，getSize( )方法的结果值是由PL加载的Point实例，而widthIs( )方法中的变量p的类型是由L加载的Point。JVM将它们视为不同的类型，因此它会引发异常不匹配。
这种行为有些不方便，但是必要的。 如果以下声明：
Point p = box.getSize();没有抛出异常，那么Window的程序员可能会破坏Point对象的封装。例如，字段x在由PL加载的Point中是私有的。 但是，如果L用以下定义加载Point，则Window类可以直接访问x的值：
public class Point {
public int x, y; // not private
public int getX() { return x; }
:
}3.3 Using javassist.Loader
Javassist提供了一个类加载器javassist.Loader。 这个类加载器使用javassist.ClassPool对象来读取一个类文件。
例如，javassist.Loader可用于加载用Javassist修改的特定类：
import javassist.*;
import test.Rectangle;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Throwable {
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
Loader cl = new Loader(pool);
CtClass ct = pool.get("test.Rectangle");
ct.setSuperclass(pool.get("test.Point"));
Class c = cl.loadClass("test.Rectangle");
Object rect = c.newInstance();
:
}
}这个程序修改了类test.Rectangle，将test.Rectangle的父类设置为test.Point类。 然后这个程序又加载修改过的类，并创建一个新的test.Rectangle类的实例。
如果用户想要在加载时按需修改类，则可以将一个事件侦听器添加到javassist.Loader。 当类加载器加载一个类时，通知添加的事件监听器。 事件侦听器类必须实现以下接口：
public interface Translator {
public void start(ClassPool pool) throws NotFoundException, CannotCompileException;
public void onLoad(ClassPool pool, String classname) throws NotFoundException, CannotCompileException;
}当通过javassist.Loader中的addTranslator( )方法将此事件侦听器添加到javassist.Loader对象时，将调用start( )方法。 在javassist.Loader加载一个类之前调用onLoad( )方法。 onLoad( )可以修改加载类的定义。
例如，以下事件侦听器在加载之前将所有类更改为公共类：
public class MyTranslator implements Translator {
void start(ClassPool pool) throws NotFoundException, CannotCompileException {}
void onLoad(ClassPool pool, String classname) throws NotFoundException, CannotCompileException
{
CtClass cc = pool.get(classname);
cc.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
}
}请注意，onLoad( )不能调用toBytecode( )或writeFile( )，因为javassist.Loader调用这些方法来获取类文件。
要在应用程序类MyApp中使用MyTranslator对象，请按以下方式编写一个主类：
import javassist.*;
public class Main2 {
public static void main(String[] args) throws Throwable {
Translator t = new MyTranslator();
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
Loader cl = new Loader();
cl.addTranslator(pool, t);
cl.run("MyApp", args);
}
}运行这段程序：
java Main2 arg1 arg2...MyApp类和其他应用程序类由MyTranslator监听器进行处理。
请注意，像MyApp这样的应用程序类不能访问诸如Main2，MyTranslator和ClassPool的加载器类，因为它们是由不同的加载器加载的。 应用程序类由javassist.Loader加载，而像Main2这样的加载器类则由默认的Java类加载器加载。
javassist.Loader以与java.lang.ClassLoader不同的顺序搜索类。 ClassLoader首先将加载操作委托给父类加载器，然后仅当父类加载器找不到时才尝试加载类。 然而，javassist.Loader尝试在委托父类加载器之前加载这些类。 除了在下列情况下会委托给父类加载器：
通过调用ClassPool对象的get( )方法找不到这些类;
通过使用delegateLoadingOf( )来指定父类加载器加载的类;
如上所述：javassist.Loader的搜索顺序允许Javassist加载修改后的类。 但是，如果由于某种原因无法找到修改的类，它将委托给父类加载器。 一旦父类加载器加载了一个类，那么该类中引用的其他类也将由父类加载器加载，因此它们不会被修改。 回想一下，类“C”中引用的所有类都是由C的真实加载器加载的。如果程序未能加载修改后的类，则应确保使用该类的所有类是否已由javassist.Loader加载。
3.4 Writing a class loader
一个简单的使用Javassist的类加载器如下所示：
import javassist.*;
public class SampleLoader extends ClassLoader {
/* Call MyApp.main().
*/
public static void main(String[] args) throws Throwable {
SampleLoader s = new SampleLoader();
Class c = s.loadClass("MyApp");
c.getDeclaredMethod("main", new Class[] { String[].class })
.invoke(null, new Object[] { args });
}
private ClassPool pool;
public SampleLoader() throws NotFoundException {
pool = new ClassPool();
pool.insertClassPath("./class"); // MyApp.class must be there.
}
/* Finds a specified class.
* The bytecode for that class can be modified.
*/
protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
try {
CtClass cc = pool.get(name);
// modify the CtClass object here
byte[] b = cc.toBytecode();
return defineClass(name, b, 0, b.length);
} catch (NotFoundException e) {
throw new ClassNotFoundException();
} catch (IOException e) {
throw new ClassNotFoundException();
} catch (CannotCompileException e) {
throw new ClassNotFoundException();
}
}
}MyApp类是一个应用程序。 要执行这个程序，首先把类文件放在./class目录下，这个目录不能包含在类搜索路径中。 否则，MyApp.class将被默认的系统类加载器（它是SampleLoader的父加载器）加载。 目录名./class由构造函数中的insertClassPath（）指定。 如果你愿意，你可以选择一个不同的名字而不是./class。 然后执行如下操作：
java SampleLoader类加载器加载类MyApp(./class/MyApp.class)，并用命令行参数调用MyApp.main( )。
这是使用Javassist最简单的方法。 但是，如果您编写更复杂的类加载器，则可能需要详细了解Java的类加载机制。 例如，上面的程序将MyApp类放入与SampleLoader类所属的名称空间分离的名称空间中，因为这两个类是由不同的类加载器加载的。 因此，MyApp类不能直接访问类SampleLoader。
3.5 Modifying a system class
像java.lang.String这样的系统类不能被系统类加载器以外的类加载器加载。因此，上面显示的SampleLoader或javassist.Loader不能在加载时修改系统类。
如果您的应用程序需要这样做，系统类必须进行静态修改。例如，下面的程序将一个新的字段hiddenValue添加到java.lang.String中：
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = pool.get("java.lang.String");
CtField f = new CtField(CtClass.intType, "hiddenValue", cc);
f.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
cc.addField(f);
cc.writeFile(".");这个程序生成一个文件“./java/lang/String.class”。
要使用此修改后的String类运行程序MyApp，请执行以下操作：
java -Xbootclasspath/p:. MyApp arg1 arg2...假设MyApp的定义如下：
public class MyApp {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println(String.class.getField("hiddenValue").getName());
}
}如果修改后的String类被正确加载，MyApp将打印hiddenValue。
注意：不应该使用这种技术来覆盖rt.jar中的系统类，因为这样做会违反Java 2 Runtime Environment二进制代码许可证。
3.6 Reloading a class at runtime
如果在启用JPDA（Java Platform Debugger Architecture）的情况下启动JVM，则可以动态地重载一个类，在JVM加载一个类之后，可以卸载旧版本的类定义，并且可以重新加载一个新类。也就是说，该类的定义可以在运行时动态修改。但是，新的类定义必须与旧的定义兼容。JVM不允许在两个版本之间进行架构更改，他们要有相同的方法和字段。
Javassist为在运行时重新加载类提供了一个方便的类。 有关更多信息，请参阅javassist.tools.HotSwapper的API文档。