字节码操作的手术刀-Javassist
Javassist
前面文章介绍的 ASM 入门门槛还是挺高的，需要跟底层的字节码指令打交道，优点是小巧、性能好。Javassist 是一个性能比 ASM 稍差但是使用起来简单很多的字节码操作库，不需要了解字节码指令，由东京工业大学的数学和计算机科学系的教授 Shigeru Chiba 开发.
Javassist是可以动态编辑Java字节码的类库。它可以在Java程序运行时定义一个新的类，并加载到JVM中；还可以在JVM加载时修改一个类文件。Javassist使用户不必关心字节码相关的规范也是可以编辑类文件的。
Javassist作用
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动态代理Javassist可以在运行时生成代理类，从而实现AOP编程，比如在方法调用前后增加日志、权限控制等功能。 -
动态生成类Javassist可以在运行时动态地生成新的类，这个特性在一些框架中被广泛使用。 -
类文件编辑Javassist可以在运行时修改类的字节码，从而实现一些功能，比如动态修改类的字段、方法等。 -
字节码分析Javassist可以对字节码进行分析，提取类的结构信息，比如类名、字段、方法等。
核心 API
在 Javassist 中每个需要编辑的 class 都对应一个 CtClass，CtClass 的含义是编译时的类（"compile time class"），这些类会存储在 ClassPool 中，ClassPool 是一个容器，存储了一系列 CtClass 对象。
Javassist 的 API 与 Java 反射 API 比较相似，Java 类包含的字段、方法在 Javassist 中分别对应 CtField 和 CtMethod，通过 CtClass 对象就可以给类新增字段、修改方法了。
CtMethod
对应一个 class 文件，CtMethod 对应一个方法，ClassPool 是 CtClass 的集合。
CtClass 的 writeFile 可以将生成的 class 文件输出到指定目录中。新建一个 Hello 类可以用下面的代码：
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
CtClass ct = cp.makeClass("ya.me.Hello");
ct.writeFile("./out");
运行上面的代码，out 目录下就生成了一个 Hello 类，内容如下：
package ya.me;
public class Hello {
public Hello() {
}
}
给已有类新增方法 有一个空的 MyMain 类，如下所示：
public class MyMain {
}
接下来用 Javassist 给它新增一个 foo 方法。
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
cp.insertClassPath("/path/to/MyMain.class");
CtClass ct = cp.get("MyMain");
CtMethod method = new CtMethod(
CtClass.voidType,
"foo",
new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.intType},
ct);
method.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ct.addMethod(method);
ct.writeFile("./out");
查看生成 MyMain 类可以看到生成了 foo 方法
public void foo(int var1, int var2) {
}
修改方法体
CtMethod 提供了几个实用的方法来修改方法体：
- setBody 方法来替换整个方法体，setBody 方法接收一段源代码字符串，Javassist 会将这段源码字符串编译为字节码，替换原有的方法体。
- insertBefore、insertAfter：在方法开始和结束插入语句。
public int foo(int a, int b) {
return a + b;
}
比如想把 foo 方法体修改为 "return 0;"，可以这么修改：
...
CtMethod method = ct.getMethod("foo", "(II)I");
method.setBody("return 0;");
...
生成的修改过的 foo 方法如下：
public int foo(int var1, int var2) {
return 0;
}
如果想把 foo 方法体的 a + b; 修改为 "a * b"，是不是可以用下面的代码：
method.setBody("return a * b;")
运行报错，提示找不到字段 a：
Exception in thread "main" javassist.CannotCompileException: [source error] no such field: a
at javassist.CtBehavior.setBody(CtBehavior.java:474)
at javassist.CtBehavior.setBody(CtBehavior.java:440)
at JavassistTest2.main(JavassistTest2.java:17)
Caused by: compile error: no such field: a
这是因为源代码在 javac 编译以后，局部变量名字都被抹去了，只留下了类型和局部变量表的位置，比如上面的 a 和 b 对应局部变量表 1 和 2 的位置，位置 0 由 this 占用。
在 Javassist 中访问方法参数使用 $0 $1 ...，而不是直接使用变量名，把上面的代码改为：
method.setBody("return $1 * $2;");
生成新的 MyMain 类中 foo 方法已经变
public int foo(int var1, int var2) {
return var1 * var2;
}
除了方法的参数，Javassist 定义了以 $ 开头的特殊标识符，如下表所示：
下面来逐一介绍
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$0 $1 $2 ...方法参数 -
0等价于 this，如果是静态方法$0不可用，从$1开始依次表示方法参数 -
$args参数 -
$args变量表示所有参数的数组，它是一个 Object 类型的数组，如果参数中有原始类型，会被转为对应的对象类型，比如上面 foo(int a, int b) 对应的$args为
new Object[]{ new Integer(a), new Integer(b) }
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?参数?参数表示所有的参数的展开，参数直接用逗号分隔，
foo(?)
相当于：
foo($1, $2, ...)
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$cflow$cflow是 "control flow" 的缩写，这是一个只读的属性，表示某方法递归调用的深度。一个典型的使用场景是监控某递归方法执行的时间，只想记录一次最顶层调用的时间，可以使用$cflow来判断当前递归调用的深度，如果不是最顶层调用忽略记录时间。
比如下面的计算 fibonacci 的方法：
public long fibonacci(int n) {
if (n <= 1) return n;
else return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2);
}
如果只想在第一次调用的时候执行打印，可以用下面的的代码：
CtMethod method = ct.getMethod("fibonacci", "(I)J");
method.useCflow("fibonacci");
method.insertBefore(
"if ($cflow(fibonacci) == 0) {" +
"System.out.println(\"fibonacci init \" + $1);" +
"}"
);
执行生成的 MyMain，可以看到只输出了一次打印：
java -cp /path/to/javassist.jar:. MyMain
fibonacci init 10
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$_参数 CtMethod 的 insertAfter() 方法在目标方法的末尾插入一段代码。$_来表示方法的返回值，在 insertAfter 方法可以引用。比如下面的代码：
method.insertAfter("System.out.println(\"result: \" + $_);");
查看反编译生成的 class 文件：
public int foo(int a, int b) {
int var4 = a + b;
System.out.println(var4);
return var4;
}
细心的读者看到这里会有疑问，如果是方法异常退出，它的方法返回值是什么呢？假如 foo 代码如下：
public int foo(int a, int b) {
int c = 1 / 0;
return a + b;
}
执行上的改写后，反编译以后代码如下：
public int foo(int a, int b) {
int c = 1 / 0;
int var5 = a + b;
System.out.println(var5);
return var5;
}
这种情况下，代码块抛出异常，是无法执行插入的语句的。如果想代码抛出异常的时候也能执行，就需要把 insertAfter 的第二个参数 asFinally 设置为 true：
method.insertAfter("System.out.println(\"result: \" + $_);", true);
执行输出结果如下，可以看到已经输出了 "result: 0"
result: 0
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
at MyMain.foo(MyMain.java:9)
at MyMain.main(MyMain.java:6)
还有几个 Javassist 提供的内置变量（$r等），用的非常少，这里不再介绍，具体可以查看 javassist 的官网。
小结
本文的内容主要介绍了 Javassist 这个非常广泛的字节码改写工具，详细介绍了它们的 API 和常见使用场景，后续我们将看到更多这两个工具的应用。
本文由 mdnice 多平台发布