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深入理解JVM系列教程(10) - 字节码技术

杨林伟 发布时间:2019-10-31 09:59:51 ,浏览量:2

1. 应用场景

AOP技术、Lombok去除重复代码插件、动态修改class文件等。

2. 字节码优势

Java字节码增强指的是在Java字节码生成之后,对其进行修改,增强其功能,这种方式相当于对应用程序的二进制文件进行修改。Java字节码增强主要是为了减少冗余代码,提高性能等。

实现字节码增强的主要步骤为:

  1. 修改字节码 : 在内存中获取到原来的字节码,然后通过一些工具(如 ASM,Javaasist)来修改它的byte[]数组,得到一个新的byte数组。
  2. 使修改后的字节码生效,有两种方法: -----> 1.自定义ClassLoader来加载修改后的字节码; -----> 2.替换掉原来的字节码:在JVM加载用户的Class时,拦截,返回修改后的字节码;或者在运行时,使用Instrumentation.redefineClasses方法来替换掉原来的字节码
3. 常见的字节码操作库 3.1 BCEL

Byte Code Engineering Library(BCEL),这是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汇编语言进行类库操作的细节。BCEL与javassist有不同的处理字节码方法,BCEL在实际的jvm指令层次上进行操作(BCEL拥有丰富的jvm指令集支持) 而javassist所强调的是源代码级别的工作。

3.2 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

特点:高性能,高质量

3.3 CGLB

生成类库,基于ASM实现

3.4 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。

3.4.1 Javassist优势:
  • 比反射开销小,性能高。
  • avassist性能高于反射,低于ASM
  • 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 ) ------>javassist 的最外层的 API 和 JAVA 的反射包中的 API 颇为 类似 。

它 主要 由CtClassCtMethod,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 。

3.4.2 方法操作:
  • 修改已有方法的方法体(插入代码到已有方法体)
  • 新增方法 删除方法
3.4.3 javassist的局限性:
  • 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

  • 不支持内部类和匿名类

  • 不支持 continue 和 break表达式。

  • 对于继承关系,有些不支持。例如

class A {}  
class B extends A {} 
class C extends B {} 
3.4.4 例如:使用Javassist创建类:

使用反射调用类的方法:

public class JavassistDemo {

    public static void main(String[] args)
            throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException,
            SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
        Class clazz = Class.forName("com.ylw.jvm.JavassistDemo");
        Object newInstance = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("sum", int.class, int.class);
        Object invoke = method.invoke(newInstance, 1, 1);
    }

    public void sum(int a, int b) {
        System.out.println("sum:" + a + b);
    }
}

动态生成类:

1.添加依赖:


   org.javassist
   javassist
   3.20.0-GA

2.编写代码

import javassist.*;

import java.io.IOException;

public class JavassistDemo1 {

    public static void main(String[] args) throws CannotCompileException, NotFoundException, IOException {
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        // 创建class文件
        CtClass userClass = pool.makeClass("User");
        // 创建id属性
        CtField idField = CtField.make("private Integer id;", userClass);
        // 创建name属性
        CtField nameField = CtField.make("private Integer name;", userClass);
        // 添加属性
        userClass.addField(idField);
        // 添加属性
        userClass.addField(nameField);
        // 创建方法
        CtMethod getIdMethod = CtMethod.make("public Integer getId() {return id;}", userClass);
        // 创建方法
        CtMethod setIdMethod = CtMethod.make("public void setId(Integer id) { this.id = id; }", userClass);
        // 添加方法
        userClass.addMethod(getIdMethod);
        // 添加方法
        userClass.addMethod(setIdMethod);
        // 添加构造器
        CtConstructor ctConstructor = new CtConstructor(new CtClass[] { CtClass.intType, pool.get("java.lang.String") },
                userClass);
        // 创建Body
        ctConstructor.setBody("	{this.id = id;this.name = name;}");
        userClass.addConstructor(ctConstructor);
        userClass.writeFile();
    }
}

运行后,会在项目根目录生成class文件: 在这里插入图片描述 打开User.class

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//

public class User {
    private Integer id;
    private Integer name;

    public Integer getId() {
        return this.id;
    }

    public void setId(Integer var1) {
        this.id = var1;
    }

    public User(int var1, String var2) {
        this.id = this.id;
        this.name = this.name;
    }
}
3.4.5 使用Javassist修改类文件信息:

User.class没改之前:

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//

public class User {
    private Integer id;
    private Integer name;

    public Integer getId() {
        return this.id;
    }

    public void setId(Integer var1) {
        this.id = var1;
    }

    public User(int var1, String var2) {
        this.id = this.id;
        this.name = this.name;
    }
}

编写代码:

import javassist.*;

import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;

public class JavassistDemo2 {

    public static void main(String[] args)
            throws NotFoundException, CannotCompileException, InstantiationException, IllegalAccessException,
            NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, IOException {
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        // 需要加载类信息
        CtClass userClass = pool.get("User");
        // 需要添加的方法
        CtMethod m = new CtMethod(CtClass.intType, "add", new CtClass[] { CtClass.intType, CtClass.intType },
                userClass);
        // 方法权限
        m.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
        // 方法体内容
        m.setBody("{System.out.println(\"JavassistDemo2\"); return $1+$2;}");
        userClass.addMethod(m);
        userClass.writeFile();

        // 使用反射技术执行方法
        Class clazz = userClass.toClass();
        Object obj = clazz.newInstance(); // 通过调用User 无参构造函数
        Method method = clazz.getDeclaredMethod("add", int.class, int.class);
        Object result = method.invoke(obj, 200, 300);
        System.out.println(result);
    }
}

运行后,生成User.class,里面新增了Add代码:

package com.ylw.jvm;

public class User {
    private Integer id;
    private Integer name;

    public Integer getId() {
        return this.id;
    }

    public void setId(Integer var1) {
        this.id = var1;
    }

    public User(int var1, String var2) {
        this.id = this.id;
        this.name = this.name;
    }

    public int add(int var1, int var2) {
        System.out.println("JavassistDemo2");
        return var1 + var2;
    }
}

总结

在这里插入图片描述

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