javassist编程指南==读、写字节码

野性酷女 2021-12-04 02:59 308阅读 0赞

# 读、写字节码 #

Javassist是一个处理字节码的类库。Java字节码存储在一个叫做\*.class的二进制文件中。每个class文件包含一个java类或者接口。

`javassist.CtClass`代表一个class文件的抽象类表示形式。一个`CtClass`(compile-time class编译时的类)是一个处理class文件的句柄，以下是一个简单的程序：

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
    CtClass cc = pool.get("test.Rectangle");
    cc.setSuperclass(pool.get("test.Point"));
    cc.writeFile();

这段程序首先包含一个`ClassPool`对象，通过javassist控制字节码的修改。`ClassPool`对象是代表class文件的`CtClass`对象的容器。它根据构造一个`CtClass`对象的需求读取一个class文件，并记录被构建好的对象以供将来进行访问。  
为了修改一个类的定义，用户必须首先从`ClassPool`对象的`.get(className)`方法获取一个`CtClass`引用。  
在上述示例中，`CtClass`对象表示`ClassPool`中的类`test.Rectangle`，并且将其分配给变量`cc`。  
`ClassPool`对象由静态方法`getDefault`方法查找默认的系统检索path返回。

> 从实现上来看，`ClassPool`是一个`CtClass`的哈希表，使用class name作为key。
> 
> `ClassPool.get()`方法通过检索这个哈希表找到一个`CtClass`对象关联指定的key。
> 
> 如果`CtClass`对象没有找到，`get()`方法会读取class文件去构造一个`CtClass`对象，记录在哈希表中然后作为`get()`的返回值返回。

从`ClassPool`中获取到的`CtClass`对象是可以被修改的。在上述示例中，它被修改了， `test.Rectangle`的父类变更为`test.Point`,这个修改将会在最后`CtClass.writeFile()`方法调用后反映在class文件中。

`writeFile()`方法将`CtClass`对象转换到class文件并且将其写入本地磁盘。Javassist也提供了一个方法用于直接获取修改后的字节码：`toBytecode()`:

byte[] b = cc.toBytecode();

也可以像这样直接加载`CtClass`:

Class clazz = cc.toClass();

`toClass`请求当前线程的上下文类加载器去加载class文件，返回一个`java.lang.Class`对象。

示例：

package org.byron4j.cookbook.javaagent;
    
    import javassist.CannotCompileException;
    import javassist.ClassPool;
    import javassist.CtClass;
    import javassist.NotFoundException;
    
    import java.io.IOException;
    
    public class Hello { 
        public void sayHello(){ 
            System.out.println("Hello!");
        }
    
        public static void main(String[] args){ 
            // 获取ClassPool
            ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
            CtClass cc = null;
            try { 
                // 通过ClassPool获取CtClass
                cc = pool.get("org.byron4j.cookbook.javaagent.Rectangle");
                // 设置父类
                cc.setSuperclass(pool.get("org.byron4j.cookbook.javaagent.Point"));
                // 更新到class文件中(仅在JVM中)
                cc.writeFile();
    
                // 获取修改后的字节码
                byte[] b = cc.toBytecode();
                System.out.println(new String(b));
    
                // 加载类（请求当前线程的上下文加载器加载CtClass代表的类）
                Class clazz = cc.toClass();
                System.out.println("superClass is :" + clazz.getSuperclass());
            } catch (NotFoundException e) { 
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) { 
                e.printStackTrace();
            } catch (CannotCompileException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    }

## 定义一个新的class ##

重新定义一个新的类，`ClassPool.makeClass`方法将会被调用：

// 定义一个新的类
    ClassPool pool1 = ClassPool.getDefault();
    CtClass cc2 = pool1.makeClass("hello.make.Point");
    System.out.println(cc2.toClass()); // 输出class hello.make.Point

这个程序定义了一个`Point`类，未包含任何成员，成员方法可以通过使用`CtClass`的`addMethod()`方法传入一个`CtMethod`的工厂方法创建的对象作为参数来追加。

// 定义一个新的类
    ClassPool pool1 = ClassPool.getDefault();
    CtClass cc2 = pool1.makeClass("hello.make.Point");
    //System.out.println(cc2.toClass().getMethods().length); // 9
    
    // 追加方法
    cc2.addMethod(CtMethod.make("public void sayHello(){\n" +
            " System.out.println(\"Hello!\");\n" +
            " }",cc2));
    System.out.println(cc2.toClass().getMethods().length);  // 10

`makeClass()`方法不能创建一个新的接口，需要使用`makeInterface()`方法才可以。  
接口中的成员方法可以通过`CtMethod`的`abstractMethod`方法创建。

## 冻结类Frozen class ##

> **冻结类的含义**
> 
> 如果一个`CtClass`对象通过`writeFile()`、`doBytecode`、`toClass`方法被转换到class文件中，javassist则会冻结这个`CtClass`对象。再对这个`CtClass`对象进行操作则会不允许，这在开发者他们尝试去修改一个已经被JVM加载过的class文件的时候会发出警告，因为JVM不允许重加载一个class。

一个冻结的`CtClass`可以通过其`defrost()`方法解冻，解冻后可以允许对这个CtClass修改：

// 被冻结了，不能再修改(Exception in thread "main" java.lang.RuntimeException: hello.make.Point class is frozen)
    // 解冻后可以修改
    cc2.toBytecode();// 被冻结
    cc2.defrost();// 解冻
    System.out.println(cc2.getFields().length);
    cc2.addField(CtField.make("private String name;", cc2));// 解冻后允许修改
    cc2.writeFile();
    System.out.println(cc2.getFields().length);

## 修剪prune类 ##

如果`CtClass.prune()`方法被调用，则Javassist会在CtClass被冻结的时候(调用`writeFile()`、`doBytecode`、`toClass`方法的时候)会修剪CtClass对象的数据结构。  
为了降低内存消耗，修剪时会放弃对象中的不必要的属性。当一个CtClass对象被修剪后，方法的字节码则不能被访问除了方法名称、方法签名和注解。修剪过的CtClass对象不会被解冻。默认修剪值是false。

// 修剪ctClass
    cc2.prune();// 设置修剪伪true
    cc2.writeFile();// 冻结的时候，会进行修剪
    System.out.println(cc2);//修剪后不能访问方法

禁止修剪`stopPruning(true)`，必须在对象的前面调用：

CtClasss cc = ...;
    cc.stopPruning(true);// 前面调用禁止修剪
        :
    cc.writeFile();

> **注意：**
> 
> 当debugging的时候，你可能想临时禁止修剪、冻结和修改一个class文件到磁盘中，那么`debugWriteFile`是一个简便的方法。该方法禁止修剪、写入class文件、解冻、禁止重新开启修剪(如果开始是打开的话)。

## 类查找路径的设置Class search path ##

默认的`ClassPool.getDefault()`检索路径和JVM底层路径一致（classpath）。***如果一个程序运行在一个web应用程序比如JBoss、Tomcat中，`ClassPool`对象则可能搜索步到用户的类***，因为web应用使用了多个类加载器。在这种情况下，一个额外的classpath必须注册到`ClassPool`中。假设pool引用了一个ClassPool对象：

//添加class查找路径
    pool1.insertClassPath(new ClassClassPath(this.getClass()));

这条语句注册了`this`引用对象加载的类的class path。你可以使用任意的`Class`对象作为参数。`Class`对象已经被注册上了的表现就是它所在的class path被加载了。

你也可以注册一个目录的名称作为一个class查找路径。例如，以下代码添加了`/usr/local/javalib`到class查找路径中：

// 添加文件目录作为calss查找路径
    pool1.insertClassPath("/usr/local/javalib");

你还可以添加URL作为class查找路径：

// 添加URL作为class查找路径，第三个参数必须/开头、第四个参数必须.结尾
    // 添加 "http://www.javassist.org:80/java/"
    ClassPath cp = new URLClassPath("www.javassist.org", 80, "/java/", "org.javassist.");
    pool1.insertClassPath(cp);

这个程序添加了`http://www.javassist.org:80/java/`到class查找路径中。这个URL仅仅用来查找`org.javassist.`包的类。例如：加载一个`org.javassist.test.Main`类，它的class文件是：  
`http://www.javassist.org:80/java/org/javassist/test/Main.class`  
此外，你还可以直接给一个byte数组去构建一个`CtClass`对象，可以使用`ByteArrayClassPath`：

// byte数组形式class path
    ClassPool pool2 = ClassPool.getDefault();
    byte[] arr = "org.byron4j".getBytes();
    String name = "org.byron4j.Hello";
    pool2.insertClassPath(new ByteArrayClassPath(name, arr));
    CtClass ctClass = pool2.get(name);

`CtClass`对象ctClass表示字节数组b指定的class文件定义的类实例。`ClassPool`从给定的`ByteArrayClassPath`读取一个class文件.  
如果你不确定类的完全限定名，你可以使用`ClassPool`的`makeClass`方法：

// makeClass
    ClassPool pool3 = ClassPool.getDefault();
    InputStream ins = new FileInputStream("/usr/local/javalib");
    CtClass ctClass1 = pool3.makeClass(ins);

> `makeClass`返回一个从给定输入流中构造的`CtClass`对象。
> 
> 你可以使用`makeClass`急切地将一个类文件给`ClassPool`对象，可以提升性能如果class查找路径包含大量的jar文件的话。因为`ClassPool`对象根据需要读取一个class文件，它可能重复为了每个class文件检索全部的jar文件，`makeClass()`则可用于优化该搜索方式。通过`makeClass`构造出来的`CtClass`对象会在`ClassPool`中保持存在，且不会再次去读取class文件了。

用户可以扩展class查找路径。可以定义一个新的类实现`ClassPath`接口，这种方式可以允许将非标准资源包含到class查找路径中。