Javassist用法详解

概述

Java字节码以二进制的形式存储在.class文件中,每一个.class文件包含一个Java类或接口。Javaassist就是一个用来处理Java字节码的类库。它可以在一个已经编译好的类中添加新的方法,或者是修改已有的方法,并且不需要对字节码方面有深入的了解。同时也可以通过完全手动的方式生成一个新的类对象。

Maven依赖方式:


 org.javassist
 javassist
 3.27.0-GA

Gradle依赖方式:

implementation 'org.javassist:javassist:3.27.0-GA'

ClassPool

ClassPool是CtClass对象的容器,它按需读取类文件来构造CtClass对象,并且保存CtClass对象以便以后使用。

从实现的角度来看,ClassPool 是一个存储 CtClass 的 Hash 表,类的名称作为 Hash 表的 key。ClassPool 的 get() 函数用于从 Hash 表中查找 key 对应的 CtClass 对象。如果没有找到,get() 函数会创建并返回一个新的 CtClass 对象,这个新对象会保存在 Hash 表中。

需要注意的是ClassPool会在内存中维护所有被它创建过的CtClass,当CtClass数量过多时,会占用大量的内存,API中给出的解决方案是重新创建ClassPool 或 有意识的调用CtClass的detach()方法以释放内存。

ClassPool需要关注的方法:

  • getDefault:返回默认的ClassPool,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;
  • makeClass:根据类名创建新的CtClass对象;
  • get,getCtClass:根据类路径名获取该类的CtClass对象,用于后续的编辑。

可以使用toBytecode()函数来获取修改过的字节码:

byte[] b = cc.toBytecode();

也可以通过toClass()函数直接将CtClass转换成Class对象:

Class clazz = cc.toClass();

toClass()会请求当前线程的ClassLoader加载CtClass所代表的类文件,它返回此类文件的java.lang.Class对象。

CtClass

CtClass类表示一个class文件,每个CtClass对象都必须从ClassPool中获取,CtClass需要关注的方法:

  • freeze:冻结一个类,使其不可修改;
  • isFrozen:判断一个类是否已被冻结;
  • defrost:解冻一个类,使其可以被修改;
  • prune:删除类不必要的属性,以减少内存占用。调用该方法后,许多方法无法将无法正常使用,慎用;
  • detach:将该class从ClassPool中删除;
  • writeFile:根据CtClass生成.class文件;
  • toClass:通过类加载器加载该CtClass;
  • addField,removeField:添加/移除一个CtField;
  • addMethod,removeMethod:添加/移除一个CtMethod;
  • addConstructor,removeConstructor:添加/移除一个CtConstructor。

如果一个 CtClass 对象通过 writeFile(), toClass(), toBytecode() 被转换成一个类文件,此 CtClass 对象会被冻结起来,不允许再修改,因为一个类只能被 JVM 加载一次。

但是,一个冷冻的 CtClass 也可以被解冻,例如:

CtClasss cc = ...;
cc.writeFile();
cc.defrost();
cc.setSuperclass(...); // 因为类已经被解冻,所以这里可以调用成功

调用 defrost() 之后,此 CtClass 对象又可以被修改了。

如果 ClassPool.doPruning 被设置为 true,Javassist 在冻结 CtClass 时,会修剪 CtClass 的数据结构。为了减少内存的消耗,修剪操作会丢弃 CtClass 对象中不必要的属性。例如,Code_attribute 结构会被丢弃。一个 CtClass 对象被修改之后,方法的字节码是不可访问的,但是方法名称、方法签名、注解信息可以被访问。修剪过的 CtClass 对象不能再次被解冻。ClassPool.doPruning 的默认值为 false。

stopPruning() 可以用来驳回修剪操作。

CtClasss cc = ...;
cc.stopPruning(true);
cc.writeFile(); // 转换成一个 class 文件
// cc is not pruned.

这个 CtClass 没有被修剪,所以在 writeFile() 之后,可以被解冻。

注意:调试的时候可能临时需要停止修剪和冻结,然后保存一个修改过的类文件到磁盘,debugWriteFile() 方法正是为此准备的。它停止修剪,然后写类文件,然后解冻并再次打开修剪(如果开始时修养是打开的)。

CtMthod

CtMthod代表类中的某个方法,可以通过CtClass提供的API获取 或者 构造方法 或者 CtNewMethod.make()方法新建,通过CtMethod对象可以实现对方法的修改。

CtMethod中的一些重要方法:

  • 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。

CtNewMethod是一个用来创建CtMethod实例的类,其一个make方法如下:

public static CtMethod make(int modifiers, CtClass returnType,
       String mname, CtClass[] parameters,
       CtClass[] exceptions,
       String body, CtClass declaring)
 throws CannotCompileException
{
 try {
  CtMethod cm
   = new CtMethod(returnType, mname, parameters, declaring);
  cm.setModifiers(modifiers);
  cm.setExceptionTypes(exceptions);
  cm.setBody(body);
  return cm;
 }
 catch (NotFoundException e) {
  throw new CannotCompileException(e);
 }
}

也可以通过CtNewMethod.setter/getter方法为某个属性创建get/set方法:

CtClass cc = ...;
CtField param = ...;
cc.addMethod(CtNewMethod.setter("setName", param));
cc.addMethod(CtNewMethod.getter("getName", param));

CtField

CtField代表类中的某个属性,可以直接通过其构造方法创建实例:

CtClass cc = pool.makeClass("com.hearing.demo.Person");
CtField param = new CtField(pool.get("java.lang.String"), "name", cc);
param.setModifiers(Modifier.PRIVATE);
cc.addField(param, CtField.Initializer.constant("hearing"));

CtConstructor

CtConstructor代表类中的一个构造器,可以通过CtConstructor.make方法创建:

public static CtConstructor make(CtClass[] parameters,
         CtClass[] exceptions,
         String body, CtClass declaring)
 throws CannotCompileException
{
 try {
  CtConstructor cc = new CtConstructor(parameters, declaring);
  cc.setExceptionTypes(exceptions);
  cc.setBody(body);
  return cc;
 }
 catch (NotFoundException e) {
  throw new CannotCompileException(e);
 }
}

也可以通过构造方法直接创建:

CtConstructor 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);

ClassPath

ClassPath是一个接口,代表类的搜索路径,含有具体的搜索实现。当通过其它途径无法获取要编辑的类时,可以尝试定制一个自己的ClassPath。API提供的实现中值得关注的有:

  • ByteArrayClassPath:将类以字节码的形式加入到该path中,ClassPool可以从该path中生成所需的CtClass。
  • ClassClassPath:通过某个class生成的path,通过该class的classloader来尝试加载指定的类文件。
  • LoaderClassPath:通过某个classloader生成path,并通过该classloader搜索加载指定的类文件。需要注意的是该类加载器以弱引用的方式存在于path中,当不存在强引用时,随时可能会被清理。

通过 ClassPool.getDefault() 获取的 ClassPool 使用 JVM 的类搜索路径。如果程序运行在 JBoss 或者 Tomcat 等 Web 服务器上,ClassPool 可能无法找到用户的类,因为 Web 服务器使用多个类加载器作为系统类加载器。在这种情况下,ClassPool 必须添加额外的类搜索路径。

下面的例子中,pool 代表一个 ClassPool 对象:

pool.insertClassPath(new ClassClassPath(this.getClass()));

上面的语句将 this 指向的类添加到 pool 的类加载路径中。你可以使用任意 Class 对象来代替 this.getClass(),从而将 Class 对象添加到类加载路径中。

也可以注册一个目录作为类搜索路径。下面的例子将 /usr/local/javalib 添加到类搜索路径中:

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
pool.insertClassPath("/usr/local/javalib");

类搜索路径不但可以是目录,还可以是 URL :

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
ClassPath cp = new URLClassPath("www.javassist.org", 80, "/java/", "org.javassist.");
pool.insertClassPath(cp);

上述代码将 http://www.javassist.org:80/java/ 添加到类搜索路径。并且这个URL只能搜索 org.javassist 包里面的类。例如,为了加载 org.javassist.test.Main,它的类文件会从获取 http://www.javassist.org:80/java/org/javassist/test/Main.class 获取。

此外,也可以直接传递一个 byte 数组给 ClassPool 来构造一个 CtClass 对象,完成这项操作,需要使用 ByteArrayPath 类。示例:

ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
byte[] b = a byte array;
String name = class name;
cp.insertClassPath(new ByteArrayClassPath(name, b));
CtClass cc = cp.get(name);

示例中的 CtClass 对象表示 b 代表的 class 文件。将对应的类名传递给 ClassPool 的 get() 方法,就可以从 ByteArrayClassPath 中读取到对应的类文件。

如果你不知道类的全名,可以使用 makeClass() 方法:

ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
InputStream ins = an input stream for reading a class file;
CtClass cc = cp.makeClass(ins);

makeClass() 返回从给定输入流构造的 CtClass 对象。你可以使用 makeClass() 将类文件提供给 ClassPool 对象。如果搜索路径包含大的 jar 文件,这可能会提高性能。由于 ClassPool 对象按需读取类文件,它可能会重复搜索整个 jar 文件中的每个类文件。 makeClass() 可以用于优化此搜索。由 makeClass() 构造的 CtClass 保存在 ClassPool 对象中,从而使得类文件不会再被读取。

用户可以通过实现 ClassPath 接口来扩展类加载路径,然后调用 ClassPool 的 insertClassPath() 方法将路径添加进来。这种技术主要用于将非标准资源添加到类搜索路径中。

ClassLoader

CtClass的toClass()方法请求当前线程的上下文类加载器,加载CtClass对象所表示的类:

public class Hello {
 public void say() {
  System.out.println("Hello");
 }
}

public class Test {
 public static void main(String[] args) throws Exception {
  ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
  CtClass cc = cp.get("Hello");
  CtMethod m = cc.getDeclaredMethod("say");
  m.insertBefore("{ System.out.println(\"Hello.say():\"); }");
  Class c = cc.toClass();
  Hello h = (Hello) c.newInstance();
  h.say();
 }
}

注意:上面的程序要正常运行,Hello 类在调用 toClass() 之前不能被加载。如果 JVM 在 toClass() 调用之前加载了原始的 Hello 类,后续加载修改的 Hello 类将会失败(LinkageError 抛出)。例如,如果 Test 中的 main() 是这样的:

public static void main(String[] args) throws Exception {
 Hello orig = new Hello();
 ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
 CtClass cc = cp.get("Hello");
}

那么,原始的 Hello 类在 main 的第一行被加载,toClass() 调用会抛出一个异常,因为类加载器不能同时加载两个不同版本的 Hello 类。

如果程序在某些应用程序服务器(如JBoss和Tomcat)上运行,toClass()使用的上下文类加载器可能是不合适的。在这种情况下,你会看到一个意想不到的 ClassCastException。为了避免这个异常,必须给 toClass() 指定一个合适的类加载器。例如:

CtClass cc = ...;
Class c = cc.toClass(bean.getClass().getClassLoader());

应该给toClass()传递加载了你的程序的类加载器(上例中,bean对象的类),toClass() 是为了简便而提供的方法,如果你需要更复杂的功能,你应该编写自己的类加载器。

Javassit 提供一个类加载器 javassist.Loader。它使用 javassist.ClassPool 对象来读取类文件。

例如,javassist.Loader 可以用于加载用 Javassist 修改过的类。

public class Main {
 public static void main(String[] args) throws Throwable {
  ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
  Loader cl = new Loader(pool);

  CtClass ct = pool.get("test.Rectangle");
  ct.setSuperclass(pool.get("test.Point"));

  Class c = cl.loadClass("test.Rectangle");
  Object rect = c.newInstance();
 }
}

这个程序将 test.Rectangle 的超类设置为 test.Point。然后再加载修改的类,并创建新的 test.Rectangle 类的实例。

如果用户希望在加载时按需修改类,则可以向 javassist.Loader 添加事件监听器。当类加载器加载类时会通知监听器。事件监听器类必须实现以下接口:

public interface Translator {
 public void start(ClassPool pool)
  throws NotFoundException, CannotCompileException;
 public void onLoad(ClassPool pool, String classname)
  throws NotFoundException, CannotCompileException;
}

当事件监听器通过 addTranslator() 添加到 javassist.Loader 对象时,start() 方法会被调用。在 javassist.Loader 加载类之前,会调用 onLoad() 方法。可以在 onLoad() 方法中修改被加载的类的定义。

例如,下面的事件监听器在类加载之前,将所有类更改为 public 类。

public class MyTranslator implements Translator {
 void start(ClassPool pool) throws NotFoundException, CannotCompileException {}
 void onLoad(ClassPool pool, String classname) throws NotFoundException, CannotCompileException {
  CtClass cc = pool.get(classname);
  cc.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
 }
}

注意,onLoad() 不必调用 toBytecode() 或 writeFile(),因为 javassist.Loader 会调用这些方法来获取类文件。

示例

创建Class文件

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

 private static void createPerson() throws Exception {
  ClassPool pool = ClassPool.getDefault();

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

  // 2. 新增一个字段 private String name = "hearing";
  CtField param = new CtField(pool.get("java.lang.String"), "name", cc);
  param.setModifiers(Modifier.PRIVATE);
  cc.addField(param, CtField.Initializer.constant("hearing"));

  // 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 = \"hearing\";}");
  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("/.../path/");
 }
}

创建的class文件如下:

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//
package com.hearing.demo;

public class Person {
 private String name = "hearing";

 public void setName(String var1) {
  this.name = var1;
 }

 public String getName() {
  return this.name;
 }

 public Person() {
  this.name = "hearing";
 }

 public Person(String var1) {
  this.name = var1;
 }

 public void printName() {
  System.out.println(this.name);
 }
}

调用生成的类对象

1.通过反射的方式调用:

Object person = cc.toClass().newInstance();
Method setName = person.getClass().getMethod("setName", String.class);
setName.invoke(person, "hearing1");
Method execute = person.getClass().getMethod("printName");
execute.invoke(person);

2.通过读取class文件的方式调用:

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
// 设置类路径
pool.appendClassPath("/.../path/");
CtClass ctClass = pool.get("com.hearing.demo.Person");
Object person = ctClass.toClass().newInstance();
// 下面和通过反射的方式一样去使用

3.通过接口的方式:

上面两种其实都是通过反射的方式去调用,问题在于我们的工程中其实并没有这个类对象,所以反射的方式比较麻烦,并且开销也很大。那么如果你的类对象可以抽象为一些方法的合集,就可以考虑为该类生成一个接口类。这样在newInstance()的时候我们就可以强转为接口,可以将反射的那一套省略掉了。

还拿上面的Person类来说,新建一个IPerson接口类:

public interface IPerson {
 void setName(String name);
 String getName();
 void printName();
}

实现部分的代码如下:

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
pool.appendClassPath("/.../path/");

// 获取接口
CtClass codeClassI = pool.get("com.hearing.demo.IPerson");
// 获取上面生成的类
CtClass ctClass = pool.get("com.hearing.demo.Person");
// 使代码生成的类,实现 IPerson 接口
ctClass.setInterfaces(new CtClass[]{codeClassI});

// 以下通过接口直接调用 强转
IPerson person = (IPerson)ctClass.toClass().newInstance();
System.out.println(person.getName());
person.setName("hearing1");
person.printName();

修改现有的类对象

有如下类对象:

public class Test {
 public void test1() {
  System.out.println("I am test1");
 }
}

然后进行修改:

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

 private static void update() throws Exception {
  ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
  CtClass cc = pool.get("com.hearing.demo.Test");

  CtMethod personFly = cc.getDeclaredMethod("test1");
  personFly.insertBefore("System.out.println(\"...before...\");");
  personFly.insertAfter("System.out.println(\"...after...\");");

  //新增一个方法
  CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "test2", new CtClass[]{}, cc);
  ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
  ctMethod.setBody("{System.out.println(\"I am test2\");}");
  cc.addMethod(ctMethod);

  Object test = cc.toClass().newInstance();
  Method personFlyMethod = test.getClass().getMethod("test1");
  personFlyMethod.invoke(test);
  Method execute = test.getClass().getMethod("test2");
  execute.invoke(test);
 }
}

需要注意的是:上面的insertBefore() 和 setBody()中的语句,如果是单行语句可以直接用双引号,但是有多行语句的情况下,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。

以上就是Javassist用法详解的详细内容,更多关于Javassist用法的资料请关注脚本之家其它相关文章!

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