Javassist框架研究

上一篇我们简单介绍了ASM，这一篇我们介绍一下Javassist。javassist是一个开源的分析、编辑和创建Java字节码的类库。是由东京工业大学的数学和计算机科学系的Shigeru Chiba （千叶滋）所创建的。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。javassist是jboss的一个子项目，其主要的优点，在于简单，而且快速。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（这一点与ASM相比用起来爽很多，但是性能上还是ASM更快）。

Javassist中最为重要的是ClassPool，CtClass ，CtMethod 以及 CtField这几个类。

ClassPool： 一个基于HashMap实现的CtClass对象容器，其中键是类名称，值是表示该类的CtClass对象。默认的ClassPool使用与底层JVM相同的类路径，因此在某些情况下，可能需要向ClassPool添加类路径或类字节。需要的注意的是当CtClass数量过多时，会占用大量的内存，API中给出的解方案是有意识的调用CtClass的detach方法释放内存。

getDefault : 返回默认的ClassPool 是单例模式的，一般通过该方法创建我们的ClassPool；
appendClassPath, insertClassPath : 将一个ClassPath加到类搜索路径的末尾位置或插入到起始位置。通常通过该方法写入额外的类搜索路径，以解决多个类加载器环境中找不到类的尴尬；
toClass : 将修改后的CtClass加载至当前线程的上下文类加载器中，CtClass的toClass方法是通过调用本方法实现。需要注意的是一旦调用该方法，则无法继续修改已经被加载的class；
get , getCtClass : 根据类路径名获取该类的CtClass对象，用于后续的编辑。

CtClass： 表示一个类，这些CtClass对象可以从ClassPool获得。

CtMethods： 表示类中的方法。

insertBefore : 在方法的起始位置插入代码；
insterAfter : 在方法的所有 return 语句前插入代码以确保语句能够被执行，除非遇到exception；
insertAt : 在指定的位置插入代码；
setBody : 将方法的内容设置为要写入的代码，当方法被 abstract修饰时，该修饰符被移除；
make : 创建一个新的方法。

需要注意的是 传入insertBefore()，insertAfter()，addCatch()和insertAt()的字符串对象被Javassist包含的编译器编译。因此编译器支持语言扩展，专有的以$开头的标识符有特殊的意义：

$0, $1, $2,…	参数数组，$args的类型为object[]
$args	this和实际的参数
$$	所有实际的参数，例如m($$)与m($1,$2,…)等同
$cflow(…)	cflow变量
$r	返回类型。它被用在转换表达式中。
$w	包装类类型。它被用在转换表达式中。
$_	返回值
$sig	一个java.lang.Class对象数组，表示正式的参数类型。
$type	一个java.lang.Class对象，表示了正式的返回类型。
$class	一个java.lang.Class对象，表示当前编辑的类。

$0, $1, $2, …
传入目标方法的参数需要使用$1, $2, … 而不是原始的参数名。$1 表示第一个参数，$2 表示第二个参数等等。这些变量的类型和参数的类型一致。$0 等于this。如果方法是静态的，$0 无法获取。

另外需要注意的是：上面的insertBefore() 和 setBody()中的语句，如果你是单行语句可以直接用双引号，但是有多行语句的情况下，你需要将多行语句用{}括起来。javassist只接受单个语句或用大括号括起来的语句块。
更多详情参考javassist文档.

CtFields ：表示类中的字段。

动态生成一个类：

import javassist.*;
import javassist.bytecode.AccessFlag;import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.Field;public class Test {public static void genClassMethod() {ClassPool pool = ClassPool.getDefault();// 创建一个public类，假如类已经存在会覆盖原类CtClass ct = pool.makeClass("com.pch.javassist.GenClass");// 让类实现Cloneable接口ct.setInterfaces(new CtClass[]{pool.makeInterface("java.lang.Cloneable")});try {// 获得一个类型为int，名称为id的字段CtField f = new CtField(CtClass.intType, "id", ct);// 将字段设置为publicf.setModifiers(AccessFlag.PUBLIC);// 将字段设置到类上ct.addField(f);// 添加构造函数CtConstructor constructor = CtNewConstructor.make("public GenClass(int id) {this.id = id;}", ct);ct.addConstructor(constructor);// 添加方法CtMethod testM = CtNewMethod.make("public void print(String des){ System.out.println(des);}", ct);ct.addMethod(testM);// 将生成的.class文件保存到磁盘ct.writeFile();// 下面的代码为验证代码Field[] fields = ct.toClass().getFields();System.out.println("属性名称：" + fields[0].getName() + "  属性类型：" + fields[0].getType());} catch (CannotCompileException | NotFoundException | IOException e) {e.printStackTrace();}}public static void main(String[] args) {genClassMethod();}
}

这样我们就动态的生成了一个类。是不是比ASM使用起来简单很多。

注意：使用过程中如果出现以下报错

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerExceptionat javassist.util.proxy.SecurityActions.setAccessible(SecurityActions.java:103)at javassist.util.proxy.DefineClassHelper.toClass3(DefineClassHelper.java:151)at javassist.util.proxy.DefineClassHelper.toClass2(DefineClassHelper.java:134)at javassist.util.proxy.DefineClassHelper.toClass(DefineClassHelper.java:95)at javassist.ClassPool.toClass(ClassPool.java:1143)at javassist.ClassPool.toClass(ClassPool.java:1106)at javassist.ClassPool.toClass(ClassPool.java:1064)at javassist.CtClass.toClass(CtClass.java:1275)at com.pch.javassist.Test.genClassMethod(Test.java:34)at com.pch.javassist.Test.main(Test.java:42)

首先，检查是不是路径有问题，如果你使用的是idea，看一下Working directory的路径
如果路径没有问题，需要看一下JDK版本与javassist版本是否一致？
例如：我们本地使用的是jdk11，而我们用的是javassist的3.22.0-GA版本就不行，查看ClassPool源码我们发现

public class ClassPool {private static java.lang.reflect.Method definePackage = null;static {// 原因原来在这if (ClassFile.MAJOR_VERSION < ClassFile.JAVA_9)try {AccessController.doPrivileged(new PrivilegedExceptionAction(){public Object run() throws Exception{Class cl = Class.forName("java.lang.ClassLoader");definePackage = cl.getDeclaredMethod("definePackage",new Class[] { String.class, String.class, String.class,String.class, String.class, String.class,String.class, java.net.URL.class });return null;}});}catch (PrivilegedActionException pae) {throw new RuntimeException("cannot initialize ClassPool",pae.getException());}}

所以，我们要保证javassist的版本与jdk版本匹配。

其实，javassist提供了手动设置路径的方式

 ClassPool pool = ClassPool.getDefault();// 设置类路径pool.appendClassPath("***/Fighting/src/main/java/");// 创建一个public类，假如类已经存在会覆盖原类CtClass ct = pool.makeClass("com.pch.javassist.GenClass");

同时，写入方法也支持路径指定

//这里会将这个创建的类对象编译为.class文件
cc.writeFile("**/Fighting/src/main/java/");

动态修改方法体

AOP就是使用这种技术，动态的在一个方法中插入代码，下面我们举一个例子
例如，我们有一个如下类

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;}
}

动态的在move方法体前后插入一些代码

 private static void modifyMethod() {ClassPool pool = ClassPool.getDefault();try {CtClass ct = pool.getCtClass("com.pch.javassist.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();//通过反射调用方法，查看结果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);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}

另外需要注意的是：上面的insertBefore() 和 setBody()中的语句，如果你是单行语句可以直接用双引号，但是有多行语句的情况下，你需要将多行语句用{}括起来。javassist只接受单个语句或用大括号括起来的语句块。
需要注意的是： 语句和代码块可以引用属性和方法。如果方法是用-g选项编译的（也可以在类文件中包含局部变量属性），它们也可以引用它们插入的方法的参数。否则，它们必须通过下文描述的特殊变量$0, $1, $2等访问方法的参数。访问方法声明的本地变量是不允许的，尽管允许代码块声明新的本地变量。然而，如果这些变量在指定的行号可以获得且目标方法使用-g选项编译，insertAt()运行语句和代码块访问本地变量。

Javassist不允许移除方法或属性，但是它允许修改其名称。Javassist也不允许添加一个额外的参数到现有的方法。反之，应该添加一个新的接受额外参数或者其它参数的方法。

javassist先介绍到这里，下一篇文章我们介绍一下APT框架

参考：

https://www.cnblogs.com/rickiyang/p/11336268.html
https://blog.csdn.net/ShuSheng0007/article/details/81269295
https://www.jianshu.com/p/b0986a86cd62