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详解Java字节码编程之非常好用的javassist

作者：手撕代码八百里

这篇文章主要介绍了详解Java字节码编程之非常好用的javassist，文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

一、Javassist入门

（一）Javassist是什么

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。

（二）Javassist核心API

在Javassist中每个需要编辑的class都对应一个CtCLass实例，CtClass的含义是编译时的类（compile time class），这些类会存储在Class Pool中（Class poll是一个存储CtClass对象的容器）。
CtClass中的CtField和CtMethod分别对应Java中的字段和方法。通过CtClass对象即可对类新增字段和修改方法等操作了。

image.png

（三）简单示例

为了减少演示的复杂度，示例以及之后的操作，都在Maven项目下进行，因为我们可以直接引入依赖就可以达到我们导包的目的，很方便，不用再去下载jar包，然后自己手动导入了。

1、创建一个maven项目

如果你使用的是IDEA，可以像我一样；如果是其他工具，可以自行百度，或者按照自己的经验来创建即可。

image.png

2、创建一个测试类，代码如下：

package com.ssdmbbl.javassist;

import javassist.*;

import java.io.IOException;
/**
 * @author zhenghui
 * @description: Javassist使用演示测试
 * @date 2021/4/6 6:38 下午
 */
public class JavassistTest {
    public static void main(String[] args) throws CannotCompileException, IOException {
        ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
        CtClass ctClass = cp.makeClass("com.ssdmbbl.javassist.Hello");
        ctClass.writeFile("./");
    }
}

当运行这个代码的时候，可以看到已经在项目的根目录下创建了一个“com.ssdmbbl.javassist”包，在这个包下创建了“Hello.java”的java文件。

image.png

内容如下：

package com.ssdmbbl.javassist;

public class Hello {
    public Hello() {
    }
}

二、Javassist操作字节码示例

回想一下，咱们如果对一个Java正常操作的话，大概存在哪些操作呢？

好像没其他的了吧。其余的就是在方法里写代码了呗。

（一）新增一个方法

咱们继续套用上面简单示例的代码，在此基础之上进行新增一个方法。

新增方法的名字为"hello1"，传递两个参数分别为int和double类型，并且没有返回值。

package com.ssdmbbl.javassist;

import javassist.*;

import java.io.IOException;
import java.net.URL;

/**
 * @author zhenghui
 * @description: Javassist使用演示测试
 * @date 2021/4/6 6:38 下午
 */
public class JavassistTest2 {


    public static void main(String[] args) throws CannotCompileException, IOException {
		
        //找到本文件的路径，与之保存在一起
        URL resource = JavassistTest2.class.getClassLoader().getResource("");
        String file = resource.getFile();
        System.out.println("文件存储路径："+file);

        ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
        CtClass ctClass = cp.makeClass("com.ssdmbbl.javassist.Hello");

        //创建一个类名为"hello"，传递参数的顺序为(int,double)，没有返回值的类
        /*
        CtMethod（...）源代码：
        public CtMethod(CtClass returnType,//这个方法的返回值类型，
                        String mname, //（method name）方法的名字是什么
                        CtClass[] parameters, //方法传入的参数类型是什么
                        CtClass declaring //添加到哪个类中
                        ) {....}
         */
        CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
		//设置hello方法的权限为public
        ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
        
        //向ctClass中添加这个方法
        ctClass.addMethod(ctMethod);
        
        //写入本地
        ctClass.writeFile(file);
    }
}

执行后，就可以查看生成的代码了：

可以看到，我们并没有指定参数的名字，也会给生成var1、var2依次类推的名字。

var1和var2其实class变量表中存放的名字。

package com.ssdmbbl.javassist;

public class Hello {
    public void hello1(int var1, double var2) {
    }

    public Hello() {
    }
}

可以设置的返回值类型：

public static CtClass booleanType;
public static CtClass charType;
public static CtClass byteType;
public static CtClass shortType;
public static CtClass intType;
public static CtClass longType;
public static CtClass floatType;
public static CtClass doubleType;
public static CtClass voidType;

（二）新增一个变量

URL resource = JavassistTest2.class.getClassLoader().getResource("");
String file = resource.getFile();
System.out.println("文件存储路径："+file);

ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
CtClass ctClass = cp.makeClass("com.ssdmbbl.javassist.Hello");

//添加一个hello1的方法
CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctClass.addMethod(ctMethod);

//添加一个int类型的，名字为value的变量
CtField ctField = new CtField(CtClass.intType,"value",ctClass);
ctField.setModifiers(Modifier.PRIVATE);
ctClass.addField(ctField);


ctClass.writeFile(file);

那么执行后的内容就是如下了：

package com.ssdmbbl.javassist;

public class Hello {
    private int value;

    public void hello1(int var1, double var2) {
    }

    public Hello() {
    }
}

（三）给变量新增get和set方法

代码修改如下：

   public static void main(String[] args) throws CannotCompileException, IOException {

        URL resource = JavassistTest2.class.getClassLoader().getResource("");
        String file = resource.getFile();
        System.out.println("文件存储路径："+file);

        ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
        CtClass ctClass = cp.makeClass("com.ssdmbbl.javassist.Hello");

        //添加一个hello1的方法
        CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
        ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
        ctClass.addMethod(ctMethod);

        //添加一个int类型的，名字为value的变量
        CtField ctField = new CtField(CtClass.intType,"value",ctClass);
        ctField.setModifiers(Modifier.PRIVATE);
        ctClass.addField(ctField);

        //为value变量添加set方法
        CtMethod setValue = new CtMethod(CtClass.voidType, "setValue", new CtClass[]{CtClass.intType}, ctClass);
        setValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
        ctClass.addMethod(setValue);

        //为value变量添加get方法
        CtMethod getValue = new CtMethod(CtClass.intType, "getValue", new CtClass[]{}, ctClass);
        getValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
        ctClass.addMethod(getValue);


        ctClass.writeFile(file);
    }

执行效果：

package com.ssdmbbl.javassist;

public class Hello {
    private int value;

    public void hello1(int var1, double var2) {
    }

    public void setValue(int var1) {
    }

    public int getValue() {
    }

    public Hello() {
    }
}

（四）给方法内部添加代码

你是不是很好奇，set和get方法内部并没有代码，当程序运行的时候，肯定会出错的。
下面就来看一下。

我们预想的结果：

    private int value;

    public void setValue(int var1) {
        this.value = var1
    }

    public int getValue() {
        return this.value;
    }

修改如下：

//为value变量添加set方法
CtMethod setValue = new CtMethod(CtClass.voidType, "setValue", new CtClass[]{CtClass.intType}, ctClass);
setValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
//设置方法体
setValue.setBody("this.value = var1;");

ctClass.addMethod(setValue);

//为value变量添加get方法
CtMethod getValue = new CtMethod(CtClass.intType, "getValue", new CtClass[]{}, ctClass);
getValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
//设置方法体
getValue.setBody("return this.value;");
ctClass.addMethod(getValue);

很倒霉，说找不到这个var1这个变量

报错的堆栈信息如下：

Exception in thread "main" javassist.CannotCompileException: [source error] no such field: var1
at javassist.CtBehavior.setBody(CtBehavior.java:474)
at javassist.CtBehavior.setBody(CtBehavior.java:440)
at com.ssdmbbl.javassist.JavassistTest2.main(JavassistTest2.java:41)
Caused by: compile error: no such field: var1

这个原因我们前面其实提到了，因为在编译的时候，会把变量名抹掉，传递的参数会依次在局部变量表中的顺序。

如果传递：

public void test(int a,int b,int c){
    ...
}

那么a,b,c就对应本地变量表中的1,2,3的位置。

 —— ——
｜a｜1｜
｜b｜2｜
｜c｜3｜
 —— ——

那么我们获取变量时就不能使用原始的名字了，在Javassist中访问方法中的参数使用的是$1, 2 , 2, 2,…，而不是直接使用原始的名字。

我们修改如下：

//为value变量添加set方法
CtMethod setValue = new CtMethod(CtClass.voidType, "setValue", new CtClass[]{CtClass.intType}, ctClass);
setValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
//设置方法体
setValue.setBody("this.value = $1;");

ctClass.addMethod(setValue);

//为value变量添加get方法
CtMethod getValue = new CtMethod(CtClass.intType, "getValue", new CtClass[]{}, ctClass);
getValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
//设置方法体
getValue.setBody("return this.value;");
ctClass.addMethod(getValue);

结果成功了：

public class Hello {
    private int value;

    public void hello1(int var1, double var2) {
    }

    public void setValue(int var1) {
        this.value = var1;
    }

    public int getValue() {
        return this.value;
    }

    public Hello() {
    }
}

再来一个：修改hello1方法体，使传递的两个参数相加然后赋值给value；

//添加一个hello1的方法
CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctMethod.setBody("this.value = $1 + $2;");
ctClass.addMethod(ctMethod);

执行结果如下：

因为我们value是int，$1是int，$2是double，所以做了强制转型处理。

public void hello1(int var1, double var2) {
    this.value = (int)((double)var1 + var2);
}

（五）在方法体的前后分别插入代码

测试代码如下：

//添加一个hello1的方法
CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctMethod.setBody("this.value = $1 + $2;");
ctMethod.insertBefore("System.out.println(\"我在前面插入了：\"+$1);");
ctMethod.insertAfter("System.out.println(\"我在最后插入了：\"+$1);");
ctClass.addMethod(ctMethod);

结果如下：

public void hello1(int var1, double var2) {
    System.out.println("我在前面插入了：" + var1);
    this.value = (int)((double)var1 + var2);
    Object var5 = null;
    System.out.println("我在最后插入了：" + var1);
}

三、Javassist中的一些特殊参数示例讲解

在官方文档中看到有几个比较特殊的标识符，还有几个比较特殊的标识符需要了解。

标识符 作用
$0、$1、$2、 3 、 3、 3、… this和方法参数（1-N是方法参数的顺序）
$args 方法参数数组，类型为Object[]
$$ 所有方法参数，例如：m($$)相当于m($1,$2,…)
$cflow(…) control flow 变量
$r 返回结果的类型，在强制转换表达式中使用。
$w 包装器类型，在强制转换表达式中使用。
$_ 返回的结果值
$sig 类型为java.lang.Class的参数类型对象数组
$type 类型为java.lang.Class的返回值类型
$class 类型为java.lang.Class的正在修改的类

下面咱们来一起分别来看一下，分析一下，怎么用，有什么用吧。

只介绍几个常见和常用到的吧。
有兴趣的话，剩下的可以看官方文档：http://www.javassist.org/tutorial/tutorial2.html

（一）$0,$1,$2,…

这个其实咱们已经在上面用到过了，再来细说一下吧。$0代表this，$1, 2 , 2, 2,…，依次对应方法中参数的顺序。
如果有：

public void test(int a,int b,int c){}

那么如果想引用a和b和c的话，需要这样：

ctMethod.setBody("return $1 + $2 + $3;");

对了还有：静态方法是没有$0的，所以静态方法下$0是不可用的。

（二）$args

$args变量表示所有参数的数组，它是一个Object类型的数组（new Object[]{…}），如果参数中有原始类型的参数，会被转换成对应的包装类型。比如原始数据类型为int，则会被转换成java.lang.Integer，然后存储在args中。

例如我们测试代码如下：

CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctMethod.setBody("System.out.println($args);");

编译后的结果如下：

public void hello1(int var1, double var2) {
    System.out.println(new Object[]{new Integer(var1), new Double(var2)});
}

（三）$$

变量 是 所 有 参 数 的 缩 写 ， 参 数 用 逗 号 分 割 ， 例 如 ： m ( 是所有参数的缩写，参数用逗号分割，例如：m( 是所有参数的缩写，参数用逗号分割，例如：m()相当于：m($1,$2,$3,…)。

如何使用呢？

我们经常做一些代码优化，把较为复杂的方法内部的逻辑，提炼出来，提炼到一个公共的方法里。

或者说一个方法调用另一个方法，这两个方法传递的参数是一样的时候就用到了。

例如原java：

public Object m1(String name,String age){
	...省略10000行代码逻辑
}

提炼后的：

提炼出来的代码，我们也可以在其他地方使用（所谓的公共的代码）。

public Object m1(String name,String age){
    ...省略20行代码逻辑
    return m2(name,age);
}

private Object m2(String name,String age){
	...
}

那么我们就造一个这个场景来说明一下用法吧。

简单点来说，就是一个方法调用另一个方法，传递全参数时。

CtMethod hello2 = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello2", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
hello2.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
hello2.setBody("this.value = $1 + $2;");
ctClass.addMethod(hello2);

//添加一个hello1的方法
CtMethod hello1 = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
hello1.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
hello1.setBody("this.value = $1 + $2;");
hello1.insertAfter("hello2($$);");

可以看到我们hello1调用hello2时，需要传递全部参数。此时即可写成$$方法，当然了也可以写成hello2($1,$2)。

编译后的结果：

public void hello2(int var1, double var2) {
    this.value = (int)((double)var1 + var2);
}

public void hello1(int var1, double var2) {
    this.value = (int)((double)var1 + var2);
    Object var5 = null;
    this.hello2(var1, var2);
}

（四）$cflow(…)

$cflow 的全名为：control flow，这是一个只读变量，返回指定方法递归调用的深度。

我们以计算n的斐波拉契数列为例，来演示一下如何使用。

我们正确的递归算法代码如下：

public int f(int n){
	if(n <= 1){
    	return n;
    }
    return f(n-1) + f(n - 2)
 }

对于上面这段代码，我们可以这样写：

CtMethod f = new CtMethod(CtClass.intType,"f", new CtClass[]{CtClass.intType}, ctClass);
f.setBody("{if($1 <= 1){" +
          "     return $1;" +
          "}" +
          "return f($1 - 1) + f( $1 - 2);}");
f.setModifiers(Modifier.PUBLIC);

编译后的：

public int f(int var1) {
    return var1 <= 1 ? var1 : this.f(var1 - 1) + this.f(var1 - 2);
}

那么我们只想在递归到前n次的时候打印log，我们该怎么做呢。

例如，我们下面写的是"$cflow(f) == 1"时

CtMethod f = new CtMethod(CtClass.intType,"f", new CtClass[]{CtClass.intType}, ctClass);
f.setBody("{if($1 <= 1){" +
          "     return $1;" +
          "}" +
          "return f($1 - 1) + f( $1 - 2);}");
f.setModifiers(Modifier.PUBLIC);

//在代码body的前面插入
f.useCflow("f");
f.insertBefore("if($cflow(f) == 1){" +
               "               System.out.println(\"我执行了，此时的n是：\"+$1);" +
               "           }");

编译后的代码：

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

package com.ssdmbbl.javassist;

import javassist.runtime.Cflow;

public class Hello {
    public static Cflow _cflow$0 = new Cflow();

    public int f(int var1) {
        if (_cflow$0.value() == 1) {
            System.out.println("我执行到来第2次，此时的n是：" + var1);
        }

        boolean var6 = false;

        int var10000;
        try {
            var6 = true;
            _cflow$0.enter();
            if (var1 <= 1) {
                var10000 = var1;
                var6 = false;
            } else {
                var10000 = this.f(var1 - 1) + this.f(var1 - 2);
                var6 = false;
            }
        } finally {
            if (var6) {
                boolean var3 = false;
                _cflow$0.exit();
            }
        }

        int var8 = var10000;
        _cflow$0.exit();
        return var8;
    }

    public Hello() {
    }
}

通过查看源码，发先关键的一个地方是调用了Cflow对象的enter方法：

public static Cflow _cflow$0 = new Cflow();

...
    
    
_cflow$0.enter();

点进enter()的内部发现，调用了get().inc()方法：

public class Cflow extends ThreadLocal<Cflow.Depth> {
    protected static class Depth {
        private int depth;
        Depth() { depth = 0; }
        int value() { return depth; }
        void inc() { ++depth; }
        void dec() { --depth; }
    }

    @Override
    protected synchronized Depth initialValue() {
        return new Depth();
    }

    /**
     * Increments the counter.
     */
    public void enter() { get().inc(); }

    /**
     * Decrements the counter.
     */
    public void exit() { get().dec(); }

    /**
     * Returns the value of the counter.
     */
    public int value() { return get().value(); }
}

而inc()方法控制着一个全局变量的增加操作。

void inc() { ++depth; }

boolean var6 = false;相当于是一个开关，控制着是否开始和结束。

当参数var1<=1时，即结束

if (var1 <= 1) {
    var10000 = var1;
    var6 = false;
}

我们可以使用反射来验证一下，测试代码如下：

package com.ssdmbbl.javassist;

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

/**
 * @author zhenghui
 * @description:
 * @date 2021/4/8 10:20 上午
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException {

        Class<?> aClass = Class.forName("com.ssdmbbl.javassist.Hello");

        //初始化这个类
        Object obj = aClass.newInstance();

        //获取所有的方法
        Method[] methods = aClass.getMethods();
        //遍历所有的方法
        for (Method method : methods) {
            //当方法为f的时候，进行调用
            if(method.getName().equals("f")){
                //调用并传递参数为5，即f(5)
                method.invoke(obj,5);
            }
        }
    }
}

执行的结果：

为什么是2次呢？原因上面也说了：if(var1 <= 1){…}，所以是

我执行了，此时的n是：4
我执行了，此时的n是：3

相关链接

1、javassist的API接口文档

http://www.javassist.org/html/index.html

2、javassist的github开源地址

https://github.com/jboss-javassist/javassist

3、javassist的官网

http://www.javassist.org/

4、javassist官方的英文教程

http://www.javassist.org/tutorial/tutorial.html

到此这篇关于详解Java字节码编程之非常好用的javassist 的文章就介绍到这了,更多相关Java javassist 内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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