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class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://www.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);
        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。

到此这篇关于Java字节码增强技术知识点详解的文章就介绍到这了,更多相关Java字节码增强技术内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！