Java编程的动态特性, 从Reflection到Runtime Class Transformation

关于Java编程的动态特性，从认识的过程上要从 Reflection 到 instrumentation。

1. 初步的开发者刚接触到Reflection会非常兴奋，因为反射可以在运行时完成很多之前不可能的任务，这件利器使人打破了很多束缚。
2. Java Annotation出现后，更让Java变得更加有活力，更加友好。Annotation + Reflection + enum + Class Literal可以让过去比较难于完成的任务容易很多，这种初步的元驱动的方式毕竟打开了元驱动的新天地。
3.进入元驱动的世界，把Java语言，这种编译型语言，不再作为指令和数据的表达方式，而作为元数据的表达方式，开启了一种奇特的开发领域特定脚本语言的经历，这已经很酷了。
4. 毕竟Java Reflection还有自己的开销。不仅性能损耗是直接invoke发生的近1000倍，而且对于面向方面编程还需要引入动态代理和接口，虽然后者可能也不算什么，毕竟大家这样做很久了。但是Java还是提供了更加动态和简洁的方式，那就是Instrumentation，可以运行时在装载Class到ClassLoader的过程中进行字节码转换。这项技术被很多知名的编程框架所采用（有的是在编译时修改字节码）, 比如EJB3.X, JPA persistence provider runtime eclipselink, Hibernate,无所不能的测试框架jmockit等等。

那么如何入门Instrumentation呢？

学习Instrumenation需要了解以下几个主要方面: 

1. JVM规范的bytecode的相关信息
2. JVM规范中Java Class Format 
3. Instrumation框架
4. 受欢迎的几个类库: Javassist, BCEL
5. 学习过程中使用到的工具: javap, eclipse的byte code visualizer, vim等等

如何上手？
1. 入手的时候，建议首先通过javap命令观察几个自己熟知的比较小一点的类，对于class文件中的概念有一些感性认识，比如Constant Pool,Code, ACC_XXX等等，命令如下：

 javap -v -l -p -c -s -constants /demo/standalone/ServiceOrder\$1.class

2. 看了几个类文件之后，可以看一个模拟JVM执行的demo。这是比较早期的一本非常知名的书籍作者编写的一系列的applet, 这些demo都在“深入Java虚拟机第二版CD.zip”这个文件中，如果你无法使用浏览器打开这些applet，那么你可以用jdk自带的appletviewer命令打开这些网页。比如其中有一个关于JVM模拟执行bytecode的例子, 可以了解到LocalVariableTable和Operand Stack以及PC的概念

    appletviewer EternalMath.html 

3. 比较有感觉了以后，建议学习IBM developerworks上的《Java编程的动态性》这套教程，一共8个部分，介绍了从Reflection到Instrumentation的过程（其中介绍的Javassist和BCEL在运行时都是基于Instrumentation）。动手做一些教程中的例子，建议采用编译目标定为1.6，避免出现一些错误。教程地址：
http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-dyn0610/index.html

4. 有实际这方面需要的时候，在采用Javassist或者BCEL这种类库工具外，还要自己设计class转换前或者转换后的样式。那么这时候以下这些信息会派上用场：

a. vim -b xxxx.class， 进入vim后使用%!xxd以16进制对照ASCII码观察字节码
b. 前面提到的javap命令观察比较转换前后的区别，以及和目标的区别，通常目标是一个手工写的并且编译过的class文件
c. 也可以通过eclipse的一个插件byte code visualizer来查看，他提供了两个字节码查看器。一个是类似javap的重点查看方法byte code的，而另一个是类似vim -b + %!xxd的16进制对照字节码的，但是提供了更多的信息。
d. 剩下的就是要参考JVM规范了，其中两章很常用 ，分别是 Class File Format和 Java Virtual Machine Instruction Set

http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-4.html
http://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-6.html

 

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