Java字节码增强技术知识点详解

Java字节码增强技术知识点详解

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chttp://lass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://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);

nDuQc 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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