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Java字节码增强技术 Java字节码增强技术知识点详解

阿凡卢 人气:0
想了解Java字节码增强技术知识点详解的相关内容吗,阿凡卢在本文为您仔细讲解Java字节码增强技术的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:Java,字节码,下面大家一起来学习吧。

简单介绍下几种java字节码增强技术。

ASM

ASM是一个Java字节码操控框架,它能被用来动态生成类或者增强既有类的功能。ASM可以直接产生class文件,也可以在类被加载入Java虚拟机之前动态改变类行为。ASM从类文件中读入信息后,能够改变类行为,分析类信息,甚至能够根据用户要求生成新类。

主页:https://asm.ow2.io/index.html

ASM框架中的核心类有以下几个:

① ClassReader:该类用来解析编译过的class字节码文件。

② ClassWriter:该类用来重新构建编译后的类,比如说修改类名、属性以及方法,甚至可以生成新的类的字节码文件。

③ ClassAdapter:该类也实现了ClassVisitor接口,它将对它的方法调用委托给另一个ClassVisitor对象。

参考代码:

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

public class GeneratorClass {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //生成一个类只需要ClassWriter组件即可
        ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
        //通过visit方法确定类的头部信息
        cw.visit(Opcodes.V1_5, Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_ABSTRACT+Opcodes.ACC_INTERFACE,
                "com/asm3/Comparable", null, "java/lang/Object", new String[]{"com/asm3/Mesurable"});
        //定义类的属性
        cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,
                "LESS", "I", null, new Integer(-1)).visitEnd();
        cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,
                "EQUAL", "I", null, new Integer(0)).visitEnd();
        cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,
                "GREATER", "I", null, new Integer(1)).visitEnd();
        //定义类的方法
        cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_ABSTRACT, "compareTo",
                "(Ljava/lang/Object;)I", null, null).visitEnd();
        cw.visitEnd(); //使cw类已经完成
        //将cw转换成字节数组写到文件里面去
        byte[] data = cw.toByteArray();
        File file = new File("D://Comparable.class");
        FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);
        fout.write(data);
        fout.close();
    }
}

Javassist

Javassist是一个开源的分析、编辑和创建Java字节码的类库。

它已加入了开放源代码JBoss应用服务器项目,通过使用Javassist对字节码操作为JBoss实现动态"AOP"框架。

主页:http://www.javassist.org/

利用Javassist实现字节码增强时,可以无须关注字节码刻板的结构,其优点就在于编程简单。直接使用java编码的形式,而不需要了解虚拟机指令,就能动态改变类的结构或者动态生成类。其中最重要的是ClassPool、CtClass、CtMethod、CtField这四个类:

CtClass(compile-time class):编译时类信息,它是一个class文件在代码中的抽象表现形式,可以通过一个类的全限定名来获取一个CtClass对象,用来表示这个类文件。

ClassPool:从开发视角来看,ClassPool是一张保存CtClass信息的HashTable,key为类名,value为类名对应的CtClass对象。当我们需要对某个类进行修改时,就是通过pool.getCtClass(“className”)方法从pool中获取到相应的CtClass。

CtMethod、CtField:这两个比较好理解,对应的是类中的方法和属性。

参考代码:

import javassist.*;

public class CreatePerson {

    public static void createPseson() throws Exception {
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();

        // 1. 创建一个空类
        CtClass cc = pool.makeClass("com.test.javassist.Person");

        // 2. 新增一个字段 private String name;
        // 字段名为name
        CtField param = new CtField(pool.get("java.lang.String"), "name", cc);
        // 访问级别是 private
        param.setModifiers(Modifier.PRIVATE);
        // 初始值是 "xiaoming"
        cc.addField(param, CtField.Initializer.constant("xiaoming"));

        // 3. 生成 getter、setter 方法
        cc.addMethod(CtNewMethod.setter("setName", param));
        cc.addMethod(CtNewMethod.getter("getName", param));

        // 4. 添加无参的构造函数
        CtConstructor cons = new CtConstructor(new CtClass[]{}, cc);
        cons.setBody("{name = \"xiaohong\";}");
        cc.addConstructor(cons);

        // 5. 添加有参的构造函数
        cons = new CtConstructor(new CtClass[]{pool.get("java.lang.String")}, cc);
        // $0=this / $1,$2,$3... 代表方法参数
        cons.setBody("{$0.name = $1;}");
        cc.addConstructor(cons);

        // 6. 创建一个名为printName方法,无参数,无返回值,输出name值
        CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "printName", new CtClass[]{}, cc);
        ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
        ctMethod.setBody("{System.out.println(name);}");
        cc.addMethod(ctMethod);

        //这里会将这个创建的类对象编译为.class文件
        cc.writeFile("/Users/yangyue/workspace/springboot-learn/java-agent/src/main/java/");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            createPseson();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Byte Buddy

Byte Buddy是一个代码生成和操作库,用于在Java应用程序运行时创建和修改Java类,而无需编译器的帮助。
除了Java类库附带的代码生成实用程序外,Byte Buddy还允许创建任意类,并且不限于实现用于创建运行时代理的接口。
此外,Byte Buddy提供了一种方便的API,可以使用Java代理或在构建过程中手动更改类。

主页:https://bytebuddy.net/

参考代码:

Class<?> dynamicType = new ByteBuddy()
  .subclass(Object.class)
  .method(ElementMatchers.named("toString"))
  .intercept(FixedValue.value("Hello World!"))
  .make()
  .load(getClass().getClassLoader())
  .getLoaded();
 
assertThat(dynamicType.newInstance().toString(), is("Hello World!"));

JVM-SANDBOX

JVM沙箱容器,一种JVM的非侵入式运行期AOP解决方案:

动态增强类你所指定的类,获取你想要的参数和行信息甚至改变方法执行。

动态可插拔容器框架。
主页:https://github.com/alibaba/jvm-sandbox

知识点扩充:

动态生成字节码

我们知道,我们编写的 Java 代码都是要被编译成字节码后才能放到 JVM 里执行的,而字节码一旦被加载到虚拟机中,就可以被解释执行。

字节码文件(.class)就是普通的二进制文件,它是通过 Java 编译器生成的。而只要是文件就可以被改变,如果我们用特定的规则解析了原有的字节码文件,对它进行修改或者干脆重新定义,这不就可以改变代码行为了么。

Java 生态里有很多可以动态生成字节码的技术,像 BCEL、Javassist、ASM、CGLib 等,它们各有自己的优势。有的使用复杂却功能强大、有的简单确也性能些差。

ASM 框架

ASM 是它们中最强大的一个,使用它可以动态修改类、方法,甚至可以重新定义类,连 CGLib 底层都是用 ASM 实现的。

当然,它的使用门槛也很高,使用它需要对 Java 的字节码文件有所了解,熟悉 JVM 的编译指令。虽然我对 JVM 的字节码语法不熟,但有大神开发了可以在 IDEA 里查看字节码的插件:ASM Bytecode Outline,在要查看的类文件里右键选择Show bytecode Outline即可以右侧的工具栏查看我们要生成的字节码。对照着示例,我们就可以很轻松地写出操作字节码的 Java 代码了。

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