Javassist之一秒理解java動態(tài)編程

概述

什么是動態(tài)編程？動態(tài)編程解決什么問題？Java中如何使用？什么原理？如何改進？（需要我們一起探索，由于自己也是比較菜，一般深入不到這個程度）。

什么是動態(tài)編程

動態(tài)編程是相對于靜態(tài)編程而言的,平時我們討論比較多的就是靜態(tài)編程語言，例如Java，與動態(tài)編程語言，例如JavaScript。那二者有什么明顯的區(qū)別呢？簡單的說就是在靜態(tài)編程中，類型檢查是在編譯時完成的，而動態(tài)編程中類型檢查是在運行時完成的。所謂動態(tài)編程就是繞過編譯過程在運行時進行操作的技術(shù)，在Java中有如下幾種方式：

反射

這個搞Java的應(yīng)該比較熟悉，原理也就是通過在運行時獲得類型信息然后做相應(yīng)的操作。

動態(tài)編譯

動態(tài)編譯是從Java 6開始支持的，主要是通過一個JavaCompiler接口來完成的。通過這種方式我們可以直接編譯一個已經(jīng)存在的java文件，也可以在內(nèi)存中動態(tài)生成Java代碼，動態(tài)編譯執(zhí)行。

調(diào)用JavaScript引擎

Java 6加入了對Script(JSR223)的支持。這是一個腳本框架，提供了讓腳本語言來訪問Java內(nèi)部的方法。你可以在運行的時候找到腳本引擎，然后調(diào)用這個引擎去執(zhí)行腳本。這個腳本API允許你為腳本語言提供Java支持。

動態(tài)生成字節(jié)碼

這種技術(shù)通過操作Java字節(jié)碼的方式在JVM中生成新類或者對已經(jīng)加載的類動態(tài)添加元素。

動態(tài)編程解決什么問題

在靜態(tài)語言中引入動態(tài)特性，主要是為了解決一些使用場景的痛點。其實完全使用靜態(tài)編程也辦的到，只是付出的代價比較高，沒有動態(tài)編程來的優(yōu)雅。例如依賴注入框架Spring使用了反射，而Dagger2 卻使用了代碼生成的方式（APT）。

例如

1： 在那些依賴關(guān)系需要動態(tài)確認(rèn)的場景:
2： 需要在運行時動態(tài)插入代碼的場景，比如動態(tài)代理的實現(xiàn)。
3： 通過配置文件來實現(xiàn)相關(guān)功能的場景

Java中如何使用

此處我們主要說一下通過動態(tài)生成字節(jié)碼的方式，其他方式可以自行查找資料。

操作java字節(jié)碼的工具有兩個比較流行，一個是ASM，一個是Javassit 。

ASM ：直接操作字節(jié)碼指令，執(zhí)行效率高，要是使用者掌握J(rèn)ava類字節(jié)碼文件格式及指令，對使用者的要求比較高。

Javassit 提供了更高級的API，執(zhí)行效率相對較差，但無需掌握字節(jié)碼指令的知識，對使用者要求較低。

應(yīng)用層面來講一般使用建議優(yōu)先選擇Javassit，如果后續(xù)發(fā)現(xiàn)Javassit 成為了整個應(yīng)用的效率瓶頸的話可以再考慮ASM.當(dāng)然如果開發(fā)的是一個基礎(chǔ)類庫，或者基礎(chǔ)平臺，還是直接使用ASM吧，相信從事這方面工作的開發(fā)者能力應(yīng)該比較高。

上一張國外博客的圖，展示處理Java字節(jié)碼的工具的關(guān)系。

接下來介紹如何使用Javassit來操作字節(jié)碼

Javassit使用方法

Javassist是一個開源的分析、編輯和創(chuàng)建Java字節(jié)碼的類庫。是由東京工業(yè)大學(xué)的數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)系的 Shigeru Chiba （千葉 滋）所創(chuàng)建的。

它已加入了開放源代碼JBoss 應(yīng)用服務(wù)器項目,通過使用Javassist對字節(jié)碼操作為JBoss實現(xiàn)動態(tài)AOP框架。

javassist是jboss的一個子項目，其主要的優(yōu)點，在于簡單，而且快速。直接使用java編碼的形式，而不需要了解虛擬機指令，就能動態(tài)改變類的結(jié)構(gòu)，或者動態(tài)生成類。

Javassist中最為重要的是ClassPool，CtClass ，CtMethod 以及 CtField這幾個類。

ClassPool：一個基于HashMap實現(xiàn)的CtClass對象容器，其中鍵是類名稱，值是表示該類的CtClass對象。默認(rèn)的ClassPool使用與底層JVM相同的類路徑，因此在某些情況下，可能需要向ClassPool添加類路徑或類字節(jié)。

CtClass：表示一個類，這些CtClass對象可以從ClassPool獲得。

CtMethods：表示類中的方法。

CtFields ：表示類中的字段。

動態(tài)生成一個類

下面的代碼會生成一個實現(xiàn)了Cloneable接口的類GenerateClass

public void DynGenerateClass() {
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass ct = pool.makeClass("top.ss007.GenerateClass");//創(chuàng)建類
ct.setInterfaces(new CtClass[]{pool.makeInterface("java.lang.Cloneable")});//讓類實現(xiàn)Cloneable接口
try {
CtField f= new CtField(CtClass.intType,"id",ct);//獲得一個類型為int，名稱為id的字段
f.setModifiers(AccessFlag.PUBLIC);//將字段設(shè)置為public
ct.addField(f);//將字段設(shè)置到類上
//添加構(gòu)造函數(shù)
CtConstructor constructor=CtNewConstructor.make("public GeneratedClass(int pId){this.id=pId;}",ct);
ct.addConstructor(constructor);
//添加方法
CtMethod helloM=CtNewMethod.make("public void hello(String des){ System.out.println(des);}",ct);
ct.addMethod(helloM);
ct.writeFile();//將生成的.class文件保存到磁盤
//下面的代碼為驗證代碼
Field[] fields = ct.toClass().getFields();
System.out.println("屬性名稱：" + fields[0].getName() + " 屬性類型：" + fields[0].getType());
} catch (CannotCompileException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (NotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}

上面的代碼就會動態(tài)生成一個.class文件，我們使用反編譯工具，例如Bytecode Viewer，查看生成的字節(jié)碼文件GenerateClass.class，如下圖所示。

動態(tài)添加構(gòu)造函數(shù)及方法

有很多種方法添加構(gòu)造函數(shù)，我們使用CtNewConstructor.make,他是一個的靜態(tài)方法，其中有一個重載版本比較方便，如下所示。第一個參數(shù)是source text 類型的方法體，第二個為類對象。

CtConstructor constructor=CtNewConstructor.make("public GeneratedClass(int pId){this.id=pId;}",ct);
ct.addConstructor(constructor); 

這段代碼執(zhí)行后會生成如下java代碼，代碼片段是使用反編譯工具JD-GUI產(chǎn)生的，可以看到構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)名被修改成了paramInt。

public GeneratedClass(int paramInt)
{
this.id = paramInt;
}

同樣有很多種方法添加函數(shù)，我們使用CtNewMethod.make這個比較簡單的形式

CtMethod helloM=CtNewMethod.make("public void hello(String des){ System.out.println(des);}",ct);
ct.addMethod(helloM);

這段代碼執(zhí)行后會生成如下java代碼：

public void hello(String paramString)
{
System.out.println(paramString);
}

動態(tài)修改方法體

動態(tài)的修改一個方法的內(nèi)容才是我們關(guān)注的重點，例如在AOP編程方面，我們就會用到這種技術(shù)，動態(tài)的在一個方法中插入代碼。
例如我們有下面這樣一個類

public class Point {
private int x;
private int y;
public Point(){}
public Point(int x, int y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
public void move(int dx, int dy) {
this.x += dx;
this.y += dy;
}
}

我們要動態(tài)的在內(nèi)存中在move()方法體的前后插入一些代碼

public void modifyMethod()
{
ClassPool pool=ClassPool.getDefault();
try {
CtClass ct=pool.getCtClass("top.ss007.Point");
CtMethod m=ct.getDeclaredMethod("move");
m.insertBefore("{ System.out.print(\"dx:\"+$1); System.out.println(\"dy:\"+$2);}");
m.insertAfter("{System.out.println(this.x); System.out.println(this.y);}");
ct.writeFile();
//通過反射調(diào)用方法，查看結(jié)果
Class pc=ct.toClass();
Method move= pc.getMethod("move",new Class[]{int.class,int.class});
Constructor<?> con=pc.getConstructor(new Class[]{int.class,int.class});
move.invoke(con.newInstance(1,2),1,2);
}
...
}

使用反編譯工具查看修改后的move方法結(jié)果：

public void move(int dx, int dy) {
System.out.print("dx:" + dx);System.out.println("dy:" + dy);
this.x += dx;
this.y += dy;
Object localObject = null;//方法返回值
System.out.println(this.x);System.out.println(this.y);
}

可以看到，在生成的字節(jié)碼文件中確實增加了相應(yīng)的代碼。
函數(shù)輸出結(jié)果為：

dx:1dy:2
2
4

Javassit 還有許多功能，例如在方法中調(diào)用方法，異常捕捉，類型強制轉(zhuǎn)換，注解相關(guān)操作等，而且其還提供了字節(jié)碼層面的API(Bytecode level API)。

什么原理

反射：由于Java執(zhí)行過程中是將類型載入虛擬機中的，在運行時我們就可以動態(tài)獲取到所有類型的信息。只能獲取卻不能修類型信息。

動態(tài)編譯與動態(tài)生成字節(jié)碼：這兩種方法比較相似，原理也都是利用了Java的設(shè)計原理，存在一個虛擬機執(zhí)行字節(jié)碼，這就使我們在此處有了改變字節(jié)碼的操作空間。

總結(jié)

有關(guān)動態(tài)編程的知識在平時的應(yīng)用層使用不是特別多，多是用在構(gòu)建框架。例如Spring框架使用反射來構(gòu)建，而用于AOP編程的動態(tài)代理則多是采用生成字節(jié)碼的方式,例如JBoss，Spring中的AOP部分。了解這部分知識可以在日后遇到相關(guān)問題時比別人多一條思考的思路也是好的，做一個思路開闊的Developer。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持億速云。