Java基础-字节码操作

JAVA字节码操作

• 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
  • Java asist性能高于反射，低于ASM

1. 常见的字节码操作类库

• BCEL
  • Byte Code Engineering Library(BCEL)，这时 Apache Software Foundation 的 Jakarta 项目的一部分。BCEL是 java classworking 广泛使用的一种框架，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指令层次进行操作（BCEL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java字节码操作框架，直接涉及到JVM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Java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://www.csg.ci.i.u-tokyo.ac.jp/-chiba/javassist/

1.1 JAVAssist库的API详解

• javassit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。

1.2 JAVAssist库的简单实用

• 创建一个全新的类

   package com.selflearning.test;
  
  import javassist.*;
  
  public class Demo01 {
      public static void main(String[] args) throws Exception {
          ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
          CtClass ctClass = pool.makeClass("com.selflearning.bean.Emp");
  
          // 创建属性
          CtField f1 = CtField.make("private int empno;", ctClass);
          CtField f2 = CtField.make("private String ename;", ctClass);
          ctClass.addField(f1);
          ctClass.addField(f2);
  
          // 创建方法
          CtMethod m1 = CtMethod.make("public int getEmpno() {return empno;}", ctClass);
          CtMethod m2 = CtMethod.make("public void setEmpno(int empno) {this.empno = empno;}", ctClass);
          ctClass.addMethod(m1);
          ctClass.addMethod(m2);
  
          // 添加构造器
          CtConstructor constructor = new CtConstructor(new CtClass[] {CtClass.intType, pool.get("java.lang.String")}, ctClass);
          constructor.setBody("{this.empno = empno; this.ename = ename;}");
          ctClass.addConstructor(constructor);
          ctClass.writeFile("d:/myjava"); // 将上面构造好的写入到D:/myjava中
          System.out.println("类生成成功");
      }
  }
  
  

• 使用XJAD反编译工具，将生成的class文件反编译成JAVA文件。

1.3 Javassist API详解

• 方法操作

  • 修改已有方法的方法体（插入代码到已有方法体）

        /**
         * 修改已有的方法信息，修改方法体的内容
         * @throws Exception
         */
        public static void test03() throws Exception{
            ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
            CtClass cc = pool.get("com.selflearning.test.Emp");
    
            CtMethod cm = cc.getDeclaredMethod("sayHello", new CtClass[] {CtClass.intType});
            cm.insertBefore("System.out.println($1);System.out.println(\"start!\");");
    //        cm.insertAt() // 在某一行前加内容。
            cm.insertAfter("System.out.println(\"end!\");");
    
            // 通过反射调用新生成的方法
            Class clazz = cc.toClass();
            Object obj = clazz.newInstance(); // 通过调用Emp无参构造器，创建新的Emp对象
            Method method = clazz.getDeclaredMethod("sayHello", int.class);
            Object result = method.invoke(obj, 300);
            System.out.println(result);
        }
    

  • 新增方法

        /**
         * 测试产生新的方法
         * @throws Exception
         */
        public static void test02() throws Exception {
            ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
            CtClass cc = pool.get("com.selflearning.test.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(\"Hello\");return $1+$2;}");
            cc.addMethod(m);
    
            // 通过反射调用新生成的方法
            Class clazz = cc.toClass();
            Object obj = clazz.newInstance(); // 通过调用Emp无参构造器，常见新的Emp对象
            Method method = clazz.getDeclaredMethod("add", int.class, int.class);
            Object invoke = method.invoke(obj, 200, 3000);
            System.out.println(invoke);
        }
    

  • 其中有一些占位符，需要了解：

    占位符	描述	具体的内容
    $0, $1, $2	this and actual parameters	$0代表的是this指针，$1 代表方法参数的第一个参数，$2 代码方法参数的第二个参数，一次类推。
    $args	An array of paraeters	The type of $arrgsisObject[].<br/>$arrgs[0]对应的是$1，而不是$0
    $$	所有方法参数的简写，主要用在方法调用上。	move(String a, String b); move($$) 相当于 move($1, $2)
    $cflow	一个方法调用的深度	用于递归等。
    $r	方法返回值的类型
    $_	方法的返回值（修改方法体时不支持）
    addCatch()	方法中加入try catch 块	$e 代码异常对象
    $class	this的类型（class）。	也就是$0的类型
    $sig	方法参数的类型（class）数组，数组的顺序为参数的顺序。

• 属性的操作

      /**
       * 属性的操作
       * @throws Exception
       */
      public static void test04() throws Exception{
          ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
          CtClass cc = pool.get("com.selflearning.test.Emp");
  
  //        CtField f1 = CtField.make("private int empno", cc);
          CtField f1 = new CtField(CtClass.intType, "salary", cc);
          f1.setModifiers(Modifier.PRIVATE);
          cc.addField(f1);
  
  //        cc.getDeclaredField("empno"); // 获取指定的属性
  
          // 增加响应的set和get方法
          cc.addMethod(CtNewMethod.getter("getSalary", f1));
          cc.addMethod(CtNewMethod.setter("setSalary", f1));
  
          // 通过反射来进行调用
          Class clazz = cc.toClass();
          Object o = clazz.newInstance();
          Method m = clazz.getDeclaredMethod("setSalary", int.class);
          Method m_get = clazz.getDeclaredMethod("getSalary");
          m.invoke(o, 30000);
          Object result = m_get.invoke(o);
          System.out.println(result);
      }
  

• 构造方法操作

      /**
       * 构造方法的操作
       *
       * @throws Exception
       */
      public static void test05() throws Exception{
          ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
          CtClass cc = pool.get("com.selflearning.test.Emp");
  
          CtConstructor[] cs = cc.getConstructors();
          for (CtConstructor c: cs
               ) {
              System.out.println(c.getLongName());
  //            c.insertBefore();
  //            c.insertAfter();
          }
      }
  
  

• 注解操作

  public @interface Author {
      String name();
      int year();
  }
  
  @Author(name="Chiba", year = 2005)
  publkic class Point{int x, y;}
  
  public class Test {
      public void test01() {
          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)
      }
  }
  

• 局限性：

  • JDK5.0新语法不支持（包括泛型、枚举），不支持注解修改，但是可以通过底层的javassist类来解决，具体参考：javassist.bytecode.annotation

  • 不支持数组的初始化，如 String[]{"1", "2"}，除非只有数组的容量为1.

  • 不支持内部类的匿名类

  • 不支持continue和break表达式。

  • 对于继承关系，有些不支持。如

    class A{}
    class B extends A {}
    class C extends B {}