Java是动态语言吗？JavaCompiler实现动态编译，并通过反射赋值

柔光的暖阳◎ 2021-09-08 20:40 482阅读 0赞

## 一、Java是动态语言吗？ ##

### 1、动态语言 ###

动态语言是指程序在运行时可以改变其结构：新的函数可以被引进，已有的函数可以被删除等在结构上的变化。比如JavaScript、Python都是典型的动态语言，而C、C++、Java等语言则不属于动态语言。

动态类型语言，就是类型的检查是在运行时做的，是不是合法的要到运行时才判断，例如JavaScript就没有编译错误，只要运行错误。

### 2、静态类型 ###

静态类型语言的类型判断是在运行前判断（如编译阶段），比如java就是静态类型语言，静态类型语言为了达到多态会采取一些类型鉴别手段，如继承、接口，而动态类型语言却不需要。

（1）优点：

在于其结构非常规范，便于调试，方便类型安全；

（2）缺点：

需要写更多的类型相关代码，导致不便于阅读、不清晰明了。动态类型语言的优点在于方便阅读，不需要写非常多的类型相关的代码；缺点自然就是不方便调试，命名不规范时会造成读不懂，不利于理解等。

### 3、为什么Java可以称之为"准动态语言"? ###

体现在以下几个方面：

1.反射机制

2.动态编译

3.动态执行javascript代码

4.动态字节码操作

5.动态转换类型

Java的反射机制被视为Java为准动态语言的主要的一个关键性质，这个机制允许程序在运行时透过反射取得任何一个已知名称的class的内部信息，包括：

正在运行中的类的属性信息，正在运行中的类的方法信息，正在运行中的类的构造信息，正在运行中的类的访问修饰符，注解等等。

动态语言无时不刻在体现动态性，而静态语言也在通过其他方法来趋近于去弥补静态语言的缺陷。

## 二、了解ClassLoader ##

ClassLoader是类加载器，具体的作用就是将class文件加载到jvm虚拟机中，程序就可以正常运行了。但是，JVM启动的时候，并不会一次性的加载所有的class文件，而是根据需要动态的去加载。如果一次性加载全部的jar包，内存肯定会扛不住。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

### 1、ClassLoader ###

所有类加载器的基类，它是抽象的，定义了类加载最核心的操作。所有继承classloader的加载器，都会先判断是否被父类加载器加载过，防止多次加载，防止加载冲突。

### 2、Bootstrap classLoader ###

位于java.lang.classload，所有的classload都要经过这个classload判断是否已经被加载过，采用native code实现，是JVM的一部分，主要加载JVM自身工作需要的类，如java.lang.、java.uti.等； 这些类位于$JAVA\_HOME/jre/lib/rt.jar。Bootstrap ClassLoader不继承自ClassLoader，因为它不是一个普通的Java类，底层由C++编写，已嵌入到了JVM内核当中，当JVM启动后，Bootstrap ClassLoader也随着启动，负责加载完核心类库后，并构造Extension ClassLoader和App ClassLoader类加载器。

### 3、URLClassLoader ###

继承自SecureClassLoader，支持从jar文件和文件夹中获取class，继承于classload，加载时首先去classload里判断是否由bootstrap classload加载过，1.7 新增实现closeable接口，实现在try 中自动释放资源，但捕获不了.close()异常。

### 4、AppClassLoader ###

应用类加载器，继承自URLClassLoader，也叫系统类加载器（ClassLoader.getSystemClassLoader()可得到它），它负载加载应用的classpath下的类，查找范围System.getProperty(“java.class.path”)，通过-cp或-classpath指定的类都会被其加载，没有完全遵循双亲委派模型的，它重要的是loadClass方法。

## 三、双亲委派机制 ##

主要体现在ClassLoader的loadClass()方法中，思路很简单：先检查是否已经被加载过，若没有加载则调用父类加载器的loadClass()方法，若父类加载器为空则默认使用启动类加载器作为父类加载器。如果父类加载器加载失败，抛出ClassNotFoundException异常后，调用自己的findClass()方法进行加载。

## 四、JavaCompiler动态编译 ##

使用JavaCompiler进行动态编译。

//使用ToolProvider.getSystemJavaCompiler来得到一个JavaCompiler接口的实例。
    JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
    //JavaCompiler中最核心的方法是run()。通过这个方法能编译java源代码。
    int run(InputStream in, OutputStream out, OutputStream err, String... arguments)

参数分别用来为：

1.  java编译器提供参数
2.  得到Java编译器的输出信息
3.  接收编译器的错误信息，
4.  一个或多个Java源程式文件

如果run编译成功，返回  0。

如果前3个参数传入的是`null`，那么run方法将以标准的输入、输出代替，即`System.in`、`System.out`和`System.err`。如果我们要编译一个`test.java`文件，并将使用标准输入输出，run的使用方法如下：

int results = tool.run(null, null, null, "D:\\test\\Student.java");

## 五、通过URLClassLoader加载程序外的jar包，并进行动态编译 ##

### 1、实体类Student ###

package com.guor.bean;
    
    public class Student {
        public Integer id;
        public String name;
        
        public void hello(String param) {
            System.out.println(param);
        }
    
        public Integer getId() {
            return id;
        }
    
        public void setId(Integer id) {
            this.id = id;
        }
    
        public String getName() {
            return name;
        }
    
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
        
        @Override
        public String toString() {
            return "Student [id=" + id + ", name=" + name + "]";
        }
    }

### 2、Java文件 -> class -> jar -> 动态编辑 -> 反射赋值 ###

private void test01() throws Exception {
            final String javaPath = "D:\\test\\java";
            final String studentPath = javaPath + "\\Student.java";
            final String jarPath = "D:\\test\\jar\\student-1.0.0.jar";
            final String packageStudentPath = "com.guor.bean.Student";
            // 将java源文件编译成.class字节码文件
            String cmd = "javac " + studentPath;
            System.out.println(cmd);
            boolean execSysCmd = execCmd(cmd);
            System.out.println(execSysCmd);
    
            // 打成jar包
            cmd = "jar -cvf " + jarPath + " " + javaPath;
            System.out.println(cmd);
            execSysCmd = execCmd(cmd);
            System.out.println(execSysCmd);
    
            /**
             *  URLClassLoader：继承自SecureClassLoader，支持从jar文件和文件夹中获取class，
             *  继承于classload，加载时首先去classload里判断是否由bootstrap classload加载过
             */
            URL url = new URL("file:" + jarPath);
            URLClassLoader classLoader = new URLClassLoader(new URL[] { url },
                    Thread.currentThread().getContextClassLoader());
            CusCompiler compiler = new CusCompiler(classLoader);
    
            File file = new File(studentPath);
            String beanTxt = FileUtils.readFileToString(file, "utf-8");
    
            Map<String, byte[]> results = compiler.compile(packageStudentPath, beanTxt);
            Class<?> clazz = compiler.loadClass(packageStudentPath, results);
    
            Object object = clazz.newInstance();
            Method method = clazz.getDeclaredMethod("setId", Integer.class);
            method.invoke(object, 1);
            
            method = clazz.getDeclaredMethod("setName", String.class);
            method.invoke(object, "哪吒");
            
            System.out.println(object);
            
            method = clazz.getDeclaredMethod("hello", String.class);
            method.invoke(object, "我命由我不由天");
        }

### 3、执行cmd命令 ###

private boolean execCmd(String cmd) {
        try {
            Runtime rt = Runtime.getRuntime();
            Process proc = rt.exec(cmd);
            InputStream es = proc.getErrorStream();
            String line;
            BufferedReader br;
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(es, "GBK"));
            StringBuffer buffer=new StringBuffer();
            while ((line = br.readLine()) != null) {
                buffer.append(line+"\n");
            }
        } catch (Exception e) {
            return false;
        }
        return true;
    }

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2d1b3J1aV9qYXZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

## 六、编译非文件形式源代码 ##

### 1、通过JavaCompiler动态编译 ###

public static void test() {
        try {
            String beanName = "Student";
            String appendTxt = "private String realName";
            AppendBeanUtil.appendBean(beanName, appendTxt);
    
            //动态编译
            JavaCompiler javac = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
            String className = "D:\\workspace\\yygh_parent\\myTest\\src\\main\\java\\com\\guor\\bean\\Student.java";
            int status = javac.run(null, null, null, "-d", System.getProperty("user.dir")+"\\target\\classes",className);
            if(status!=0){
                System.out.println("没有编译成功！");
            }
    
            ClassLoader classLoader = Student.class.getClassLoader();
            Class<?> classLoad = classLoader.loadClass(Student.class.getName());
    
            Object newInstance = classLoad.newInstance();
            Method setName = classLoad.getDeclaredMethod("setName", String.class);
            setName.invoke(newInstance,"哪吒");
    
            System.out.println("动态载入属性成功+++++"+newInstance);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
    }

### 2、springboot中动态编译工程内存在的bean ###

JDK 6 的编译器 API 的另外一个强大之处在于，它可以编译的源文件的形式并不局限于文本文件。JavaCompiler 类依靠文件管理服务可以编译多种形式的源文件。比如直接由内存中的字符串构造的文件，或者是从数据库中取出的文件。这种服务是由 JavaFileManager 类提供的。

在Java SE6中最佳的方法是使用StandardJavaFileManager类。这个类能非常好地控制输入、输出，并且能通过DiagnosticListener得到诊断信息，而DiagnosticCollector类就是listener的实现。新的 JDK 定义了 javax.tools.FileObject 和 javax.tools.JavaFileObject 接口。任何类，只要实现了这个接口，就可以被 JavaFileManager 识别。

使用StandardJavaFileManager步骤：

1.  建立一个DiagnosticCollector实例
2.  通过JavaCompiler.getStandardFileManager()方法得到一个StandardFileManager对象。
3.  使用StandardFileManager获取需要编译的源代码。从文件或者字符流中获取源代码。
4.  JavaCompiler.getTask()生成编译任务抽象。
5.  通过CompilationTask.call()方法编译源代码。
6.  关闭StandardFileManager。

代码实例：

（1）动态编译工程内存在的bean

private void test02() {
        try {
            String beanName = "Student";
            String appendTxt = "private String realName;";
            AppendBeanUtil.appendBean(beanName, appendTxt);
    
            String class_name = "com.guor.bean.Student";
            URLClassLoader contextClassLoader = (URLClassLoader) Thread.currentThread().getContextClassLoader();
            CusCompiler compiler = new CusCompiler(contextClassLoader);
    
            String script = FileUtils.readFileToString(new File("D:\\workspace\\yygh_parent\\myTest\\src\\main\\java\\com\\guor\\bean\\Student.java"),"utf-8");
    
            Map<String, byte[]> results = compiler.compile(class_name, script);
            Class<?> clazz = compiler.loadClass(class_name, results);
            System.out.println("+++++++"+clazz);
    
            Object newInstance = clazz.newInstance();
            Method setName = clazz.getDeclaredMethod("setRealName", String.class);
            setName.invoke(newInstance,"哪吒");
    
            System.out.println("动态载入属性成功+++++"+newInstance);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e);
        }
    }

（2）Compiler工具类

import javax.lang.model.element.Modifier;
    import javax.lang.model.element.NestingKind;
    import javax.tools.*;
    
    import org.slf4j.Logger;
    import org.slf4j.LoggerFactory;
    
    import java.io.*;
    import java.net.*;
    import java.nio.CharBuffer;
    import java.util.*;
    import java.util.jar.JarEntry;
    
    public class CusCompiler {
        private final static Logger log = LoggerFactory.getLogger(CusCompiler.class);
    
        static class CustomJavaFileObject implements JavaFileObject {
            private String binaryName;
            private URI uri;
            private String name;
    
            public String binaryName() {
                return binaryName;
            }
    
            public CustomJavaFileObject(String binaryName, URI uri) {
                this.uri = uri;
                this.binaryName = binaryName;
                name = uri.getPath() == null ? uri.getSchemeSpecificPart() : uri.getPath();
            }
    
            @Override
            public Kind getKind() {
                return Kind.CLASS;
            }
    
            @Override
            public boolean isNameCompatible(String simpleName, Kind kind) {
                String baseName = simpleName + kind.extension;
                return kind.equals(getKind()) && (baseName.equals(getName()) || getName().endsWith("/" + baseName));
            }
    
            @Override
            public NestingKind getNestingKind() {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
    
            @Override
            public Modifier getAccessLevel() {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
    
            @Override
            public URI toUri() {
                return uri;
            }
    
            @Override
            public String getName() {
                return name;
            }
    
            @Override
            public InputStream openInputStream() throws IOException {
                return uri.toURL().openStream();
            }
    
            @Override
            public OutputStream openOutputStream() throws IOException {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
    
            @Override
            public Reader openReader(boolean ignoreEncodingErrors) throws IOException {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
    
            @Override
            public CharSequence getCharContent(boolean ignoreEncodingErrors) throws IOException {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
    
            @Override
            public Writer openWriter() throws IOException {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
    
            @Override
            public long getLastModified() {
                return 0;
            }
    
            @Override
            public boolean delete() {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
        }
    
        static class MemoryInputJavaFileObject extends SimpleJavaFileObject {
            final String code;
    
            MemoryInputJavaFileObject(String name, String code) {
                super(URI.create(name.replaceAll("\\.", "/") + Kind.SOURCE.extension), Kind.SOURCE);
                this.code = code;
            }
    
            @Override
            public CharBuffer getCharContent(boolean ignoreEncodingErrors) {
                return CharBuffer.wrap(code);
            }
        }
    
        static class MemoryOutputJavaFileObject extends SimpleJavaFileObject {
            final String name;
            Map<String, byte[]> class_out;
    
            MemoryOutputJavaFileObject(String name, Map<String, byte[]> out) {
                super(URI.create(name.replaceAll("\\.", "/") + Kind.SOURCE.extension), Kind.CLASS);
                this.name = name;
                this.class_out = out;
            }
    
            @Override
            public OutputStream openOutputStream() {
                return new FilterOutputStream(new ByteArrayOutputStream()) {
                    @Override
                    public void close() throws IOException {
                        out.close();
                        ByteArrayOutputStream bos = (ByteArrayOutputStream) out;
                        class_out.put(name, bos.toByteArray());
                    }
                };
            }
        }
    
        static class SpringBootJarFileManager implements JavaFileManager {
            private URLClassLoader classLoader;
            private StandardJavaFileManager standardJavaFileManager;
            final Map<String, byte[]> classBytes = new HashMap<>();
    
            SpringBootJarFileManager(StandardJavaFileManager standardJavaFileManager, URLClassLoader systemLoader) {
                this.classLoader = new URLClassLoader(systemLoader.getURLs(), systemLoader);
                this.standardJavaFileManager = standardJavaFileManager;
            }
    
            @Override
            public ClassLoader getClassLoader(Location location) {
                return classLoader;
            }
    
            private List<JavaFileObject> find(String packageName) {
                List<JavaFileObject> result = new ArrayList<>();
                String javaPackageName = packageName.replaceAll("\\.", "/");
                try {
                    Enumeration<URL> urls = classLoader.findResources(javaPackageName);
                    while (urls.hasMoreElements()) {
                        URL ll = urls.nextElement();
                        String ext_form = ll.toExternalForm();
                        String jar = ext_form.substring(0, ext_form.lastIndexOf("!"));
                        String pkg = ext_form.substring(ext_form.lastIndexOf("!") + 1);
    
                        JarURLConnection conn = (JarURLConnection) ll.openConnection();
                        conn.connect();
                        Enumeration<JarEntry> jar_items = conn.getJarFile().entries();
                        while (jar_items.hasMoreElements()) {
                            JarEntry item = jar_items.nextElement();
                            if (item.isDirectory() || (!item.getName().endsWith(".class"))) {
                                continue;
                            }
                            if (item.getName().lastIndexOf("/") != (pkg.length() - 1)) {
                                continue;
                            }
                            String name = item.getName();
                            URI uri = URI.create(jar + "!/" + name);
                            String binaryName = name.replaceAll("/", ".");
                            binaryName = binaryName.substring(0, binaryName.indexOf(JavaFileObject.Kind.CLASS.extension));
                            result.add(new CustomJavaFileObject(binaryName, uri));
                        }
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                return result;
            }
    
            @Override
            public Iterable<JavaFileObject> list(Location location, String packageName, Set<JavaFileObject.Kind> kinds,
                    boolean recurse) throws IOException {
                Iterable<JavaFileObject> ret = null;
                if (location == StandardLocation.PLATFORM_CLASS_PATH) {
                    ret = standardJavaFileManager.list(location, packageName, kinds, recurse);
                } else if (location == StandardLocation.CLASS_PATH && kinds.contains(JavaFileObject.Kind.CLASS)) {
                    ret = find(packageName);
                    if (ret == null || (!ret.iterator().hasNext())) {
                        ret = standardJavaFileManager.list(location, packageName, kinds, recurse);
                    }
                } else {
                    ret = Collections.emptyList();
                }
                return ret;
            }
    
            @Override
            public String inferBinaryName(Location location, JavaFileObject file) {
                String ret = "";
                if (file instanceof CustomJavaFileObject) {
                    ret = ((CustomJavaFileObject) file).binaryName;
                } else {
                    ret = standardJavaFileManager.inferBinaryName(location, file);
                }
                return ret;
            }
    
            @Override
            public boolean isSameFile(FileObject a, FileObject b) {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
    
            @Override
            public boolean handleOption(String current, Iterator<String> remaining) {
                return standardJavaFileManager.handleOption(current, remaining);
            }
    
            @Override
            public boolean hasLocation(Location location) {
                return location == StandardLocation.CLASS_PATH || location == StandardLocation.PLATFORM_CLASS_PATH;
            }
    
            @Override
            public JavaFileObject getJavaFileForInput(Location location, String className, JavaFileObject.Kind kind)
                    throws IOException {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
    
            @Override
            public FileObject getFileForInput(Location location, String packageName, String relativeName)
                    throws IOException {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
    
            @Override
            public FileObject getFileForOutput(Location location, String packageName, String relativeName,
                    FileObject sibling) throws IOException {
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
    
            @Override
            public void flush() throws IOException {
            }
    
            @Override
            public void close() throws IOException {
                classBytes.clear();
            }
    
            @Override
            public int isSupportedOption(String option) {
                return -1;
            }
    
            public Map<String, byte[]> getClassBytes() {
                return new HashMap<String, byte[]>(this.classBytes);
            }
    
            @Override
            public JavaFileObject getJavaFileForOutput(Location location, String className, JavaFileObject.Kind kind,
                    FileObject sibling) throws IOException {
                if (kind == JavaFileObject.Kind.CLASS) {
                    return new MemoryOutputJavaFileObject(className, classBytes);
                } else {
                    return standardJavaFileManager.getJavaFileForOutput(location, className, kind, sibling);
                }
            }
        }
    
        public Class<?> loadClass(String name, Map<String, byte[]> classBytes) throws Exception {
            ClassLoader loader = new ClassLoader() {
                @Override
                public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                    Class<?> r = null;
                    if (classBytes.containsKey(name)) {
                        byte[] buf = classBytes.get(name);
                        r = defineClass(name, buf, 0, buf.length);
                    } else {
                        r = systemClassLoader.loadClass(name);
                    }
                    return r;
                }
            };
            return loader.loadClass(name);
        }
    
        private URLClassLoader systemClassLoader;
    
        public CusCompiler(URLClassLoader loader) {
            systemClassLoader = loader;
        }
    
        public Map<String, byte[]> compile(String className, String code) throws Exception {
            JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
            StandardJavaFileManager stdManager = compiler.getStandardFileManager(null, null, null);
            SpringBootJarFileManager springBootJarFileManager = new SpringBootJarFileManager(stdManager, systemClassLoader);
            JavaFileObject javaFileObject = new MemoryInputJavaFileObject(className, code);
            // List<String> options = new ArrayList<>();
            // options.addAll(Arrays.asList("-classpath",
            // System.getProperty("java.class.path"), "-bootclasspath",
            // System.getProperty("sun.boot.class.path"), "-extdirs",
            // System.getProperty("java.ext.dirs")));
            JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask(null, springBootJarFileManager, null, null, null,
                    Arrays.asList(javaFileObject));
            Boolean compileRet = task.call();
            if (compileRet == null || (!compileRet.booleanValue())) {
                throw new RuntimeException("java filter compile error");
            }
            for (String key : springBootJarFileManager.getClassBytes().keySet()) {
                log.info("class: " + key + " len: "
                        + Integer.valueOf(springBootJarFileManager.getClassBytes().get(key).length).toString());
            }
            return springBootJarFileManager.getClassBytes();
        }
    }

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[Java]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/112391105
[Spring]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/104018528
[springBoot]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/104137262
[Link 1]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/106217472
[Java_23]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/104026988
[Java 1]: https://blog.csdn.net/guorui_java/article/details/107803283
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