目录
- 一、快速入门
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- 1.1 创建class文件
- 1.2 ClassPool的相关方法
- 1.3 CtClass的相关方法
- 1.4 CtMethod的相关方法
- 1.5 调用生成的类对象
-
- 1.5.1 通过反射调用
- 1.5.2 通过接口调用
- 1.6 修改现有的类对象
- 二、将类冻结
- 三、类搜索路径
- 四、$开头的特殊字符
- 五、ProxyFactory的使用
我们知道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。在Javassist 中，类CtClass表示class文件。
我们可以用javassist类库实现动态创建类、添加类的属性和方法、设置类的父类，以及修改类的方法等操作。Javassist不允许删除方法或字段，但它允许更改名称。所以，如果一个方法是没有必要的，可以通过调用CtMethod的setName和setModifiers中将其改为一个私有方法。Javassist不允许向现有方法添加额外的参数。你可以通过新建一个方法达到同样的效果。
使用前需要先引入javassist库
以gradle工程为例，添加如下依赖：
implementation 'org.javassist:javassist:3.28.0-GA'
一、快速入门
1.1 创建class文件
假设我们需要在当前工程的/out/class目录内创建一个Person.class文件，例如：
idea反编译查看的源码内容如下：
package com.test;
public class Person {
private String name = "小明";
private int age = 20;
public void setName(String var1) {
this.name = var1;
}
public String getName() {
return this.name;
}
public void setAge(int var1) {
this.age = var1;
}
public int getAge() {
return this.age;
}
public Person() {
this.name = "老王";
this.age = 30;
}
public Person(String var1, int var2) {
this.name = var1;
this.age = var2;
}
public void printName() {
System.out.println(this.name);
}
public void printAge() {
System.out.println(this.age);
}
}
使用javassist可以很方便的实现：
package com.demo
import javassist.*
object CreatePersonTest {
@JvmStatic
fun main(args: Array<String>) {
createPerson()
}
fun createPerson() {
// 1.创建默认的ClassPool，ClassPool是一个存储CtClass的Hash表
val pool: ClassPool = ClassPool.getDefault()
// 2.新建一个空类，叫Person类
val person: CtClass = pool.makeClass("com.test.Person")
// 3.新增一个字段 private String name；
// 字段名为name
val nameField: CtField = CtField(pool.get("java.lang.String"), "name", person)
// 设置字段的访问类型为private
nameField.modifiers = Modifier.PRIVATE
// 新增age字段，也可以使用make方法快速创建
val ageField = CtField.make("private int age;", person)
// 给字段进行默认初始化，并添加到Person类中
person.addField(nameField, CtField.Initializer.constant("小明"))
person.addField(ageField, CtField.Initializer.constant(20))
// 3.生成getter、setter方法
person.addMethod(CtNewMethod.setter("setName", nameField))
person.addMethod(CtNewMethod.getter("getName", nameField))
person.addMethod(CtNewMethod.setter("setAge",ageField))
person.addMethod(CtNewMethod.getter("getAge",ageField))
// 4.添加无参数的构造方法
val cons: CtConstructor = CtConstructor(arrayOf<CtClass>(), person)
// 设置构造方法的方法体
cons.setBody("{name=\"老王\";age=30;}")
// 添加到person类中
person.addConstructor(cons)
// 5.添加有参的构造函数
val cons2: CtConstructor = CtConstructor(arrayOf(pool.get("java.lang.String"), CtClass.intType), person)
// $0=this, $1,$2,$3...代表第几个参数
cons2.setBody("{$0.name=$1;$0.age=$2;}")
// 添加到person类中
person.addConstructor(cons2)
// 6.创建一个名为printName的方法，无参数，无返回值，输出name值
val printName: CtMethod = CtMethod(CtClass.voidType, "printName", arrayOf<CtClass>(), person)
// 设置方法访问类型
printName.modifiers = Modifier.PUBLIC
printName.setBody("{System.out.println(name);}")
// 上面的方式可以换成这种快速创建
val printAge: CtMethod = CtMethod.make("public void printAge(){System.out.println(age);}", person)
// 添加到person类中
person.addMethod(printName)
person.addMethod(printAge)
// 7.将创建的类对象编译成.class文件，输出到指定到路径为当前路径下的out/class路径
person.writeFile("./out/class/")
}
}
跟咱们预想的一样。在 Javassist 中，类 Javaassit.CtClass 表示 class 文件。一个 GtClass (编译时类）对象可以处理一个 class 文件，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。
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 有意识的调用CtClass的detach()方法以释放内存。
1.2 ClassPool的相关方法
getDefault : 返回默认的ClassPool 是单例模式的，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；get , getCtClass : 根据类路径名获取该类的CtClass对象，用于后续的编辑。
1.3 CtClass的相关方法
freeze: 冻结一个类，使其不可修改；isFrozen : 判断一个类是否已被冻结；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；defrost : 解冻一个类，使其可以被修改。如果事先知道一个类会被defrost， 则禁止调用 prune 方法；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。setInterfaces: 添加父接口setSuperclass: 添加父类
1.4 CtMethod的相关方法
上面我们创建一个新的方法使用了CtMethod类。CtMthod代表类中的某个方法，可以通过CtClass提供的API获取或者CtNewMethod新建，通过CtMethod对象可以实现对方法的修改。
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。
注意到在上面代码中的：setBody()的时候我们使用了一些符号：
cons2.setBody("{$0.name=$1;$0.age=$2;}")
具体还有很多的符号可以使用，但是不同符号在不同的场景下会有不同的含义，后面会介绍，也可以看javassist 的说明文档。
1.5 调用生成的类对象
上面的案例是创建一个类对象然后输出该对象编译完之后的 .class 文件。那如果我们想调用生成的类对象中的属性或者方法应该怎么去做呢？
1.5.1 通过反射调用
通过CtClass的toClass方法可以转化成Class对象，然后就可以通过反射的操作来操作目标类的成员了。
fun callByReflect() {
// 1.创建classPool
val pool: ClassPool = ClassPool.getDefault()
// 2.添加目标类的搜索路径
pool.insertClassPath("./out/class/")
// 3.获取Person.class的CtClass对象
val person: CtClass = pool.get("com.test.Person")
// 4.创建Person对象
// 先通过CtClass的toClass让类加载器加载该CtClass，然后使用反射创建对象
val personObj = person.toClass().newInstance()
// 5.反射调用setter方法
val setName = personObj.javaClass.getMethod("setName", String::class.java)
setName.invoke(personObj, "老王")
// 6.反射执行printName方法
val printName = personObj.javaClass.getMethod("printName")
printName.invoke(personObj)
}
1.5.2 通过接口调用
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得合集，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：
package com.demo
/**
* @author chenyousheng
* @date 2022/2/12
* @desc Person类接口
*/
interface IPerson {
fun setName(name: String)
fun getName(): String
fun printName()
}
通过CtClass的setInterfaces方法可以给目标类添加一个父接口，也就是上面我们定义的接口类。
fun callByInterface() {
// 1.创建classPool
val pool: ClassPool = ClassPool.getDefault()
// 2.添加类搜索路径,这里是IPerson接口class文件所在的路径，
// 如果IPerson源码文件的根文件是src目录，那么也可以不需要指定class文件的目录，因为ClassPool默认搜索路径能够找到
// pool.appendClassPath("./build/classes/kotlin/main/com/demo/")
// 这里是Person类的class所在的路径，由于这个路径不是默认搜索路径，所以需要指定
pool.appendClassPath("./out/class")
// 3.获取接口类
val personInter: CtClass = pool.get("com.demo.IPerson")
// 4.获取Person类
val person: CtClass = pool.get("com.test.Person")
// 5.让Person类实现IPerson接口
person.interfaces = arrayOf<CtClass>(personInter)
// 6.下面创建Person对象，就可以强转成接口类了
val personObj: IPerson = person.toClass().newInstance() as IPerson
// 然后就可以愉快的调用方法了，不需要反射来操作了
println(personObj.getName())
personObj.setName("老王2")
personObj.printName()
}
1.6 修改现有的类对象
前面说到新增一个类对象。这个使用场景目前还没有遇到过，一般会遇到的使用场景应该是修改已有的类。比如常见的日志切面，权限切面。我们利用javassist来实现这个功能。
有如下类对象：
package com.demo;
public class PersonService {
public void fly() {
System.out.println("我飞起来了");
}
}
下面的例子是演示如何来操作PersonService.class文件
package com.demo
import javassist.ClassPool
import javassist.CtClass
import javassist.CtMethod
import javassist.Modifier
/**
* @author chenyousheng
* @date 2022/2/12
* @desc 修改已存在的class
*/
object UpdatePersonTest {
@JvmStatic
fun main(args: Array<String>) {
update()
}
fun update() {
// 1.创建classPool，使用的是默认系统的类搜索路径。
val pool: ClassPool = ClassPool.getDefault()
// 2.获取要修改的class
val cc: CtClass = pool.get("com.demo.PersonService")
// 3.获取目标类的方法
val fly: CtMethod = cc.getDeclaredMethod("fly")
// 在方法执行前插入代码
fly.insertBefore("System.out.println(\"起飞前准备降落伞\");")
// 在方法执行后插入代码
fly.insertAfter("System.out.println(\"成功落地\");")
// 4.新增一个方法
val newMethod: CtMethod = CtMethod(
CtClass.voidType, "joinFriend",
arrayOf<CtClass>(), cc
)
// 设置方法访问权限
newMethod.modifiers = Modifier.PUBLIC
// 设置方法的方法体
newMethod.setBody("{System.out.println(\"加个好友吧\");}")
// 加到目标类中
cc.addMethod(newMethod)
// 5.实例化目标类
val personService = cc.toClass().newInstance()
// 调用fly方法
personService.javaClass.getMethod("fly").invoke(personService)
// 调用joinFriend方法
personService.javaClass.getMethod("joinFriend").invoke(personService)
}
}
运行结果如下：
起飞前准备降落伞
我飞起来了
成功落地
加个好友吧
另外需要注意的是：上面的insertBefore() 和 setBody()中的语句，如果你是单行语句可以直接用双引号，但是有多行语句的情况下，你需要将多行语句用{}括起来。javassist只接受单个语句或用大括号括起来的语句块。
二、将类冻结
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。
三、类搜索路径
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。
1）通过ClassClassPath添加搜索路径
pool.insertClassPath(new ClassClassPath(Person.getClass()));
上面的语句将Person类添加到pool的类加载路径中。但在实践中，我发现通过这个可以将Person类所在的整个jar包添加到类加载路径中。
2）通过指定目录来添加搜索路径
也可以注册一个目录作为类搜索路径：
如pool.insertClassPath("/usr/javalib");则是将 /usr/javalib目录添加到类搜索路径中。
3）通过URL指定搜索路径
ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
ClassPath cp = new URLClassPath("www.sample.com", 80, "/out/", "com.test.");
pool.insertClassPath(cp);
上述代码将http://www.sample.com:80/out添加到类搜索路径。并且这个URL只能搜索 com.test包里面的类。例如，为了加载 com.test.Person，它的类文件会从获取http://www.sample.com:80/out/com/test/Person.class获取。
4）通过ByteArrayPath添加搜索路径
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
byte[] buf = 字节数组;
String name = 类名;
cp.insertClassPath(new ByteArrayClassPath(name, buf));
CtClass cc = cp.get(name);
示例中的 CtClass 对象是字节数据buf代表的class文件。将对应的类名传递给ClassPool的get()方法，就可以从字节数组中读取到对应的类文件。
5）通过输入流加载class
如果你不知道类的全名，可以使用makeClass()方法：
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
InputStream ins = class文件对应的输入流;
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。
四、$开头的特殊字符
| 符号 | 含义 |
|---|---|
| $0, $1, $2, … | $0=this,$1表示方法的第一个参数，依次类推，如果方法是静态的，则 $0 不可用 |
| $args | 方法参数数组.它的类型为 Object[]，$args[0]=1 , 1,1,args[1]=$2 |
| $r | 返回结果的类型，用于强制类型转换 |
| $w | 包装器类型，用于强制类型转换，当放回值是包装类型时，可以用此来强转 |
| $_ | 返回值，一般在insertAfter中用到，用于得到原方法的返回值 |
| $sig | 参数类型数组，$sig[0]表示第一个参数类型 |
| $type | 返回值类型，一般在insertAfter中用到，即$_的类型 |
| $class | $0或this的类型 |
| $e | 异常类型 |
1）$e的使用场景
在给方法添加catch语句块的时候就会用到了，例如
// 创建printAge方法
val printAge: CtMethod = CtMethod.make("public void printAge(){System.out.println(age);}", person)
// 给printAge添加catch语句块，在kotlin中$需要转义
printAge.addCatch("{System.out.println(\$e);throw \$e;}", pool.get("java.lang.Exception"))
// 添加到person类中
person.addMethod(printAge)
效果如下：
public void printAge() {
try {
System.out.println(this.age);
} catch (Exception var2) {
System.out.println(var2);
throw var2;
}
}
2）$r的使用场景
例如给Person类添加一个convert方法
val convert = CtNewMethod.make("public int convert(){ Double d= 12.5;return (\$r)d;} ", person)
person.addMethod(convert)
效果如下：
public int convert() {
double var1 = 12.5D;
return (Integer)var1;
}
五、ProxyFactory的使用
通过ProxyFactory可以实现动态代理的方式在处理目标类的方法。假设要被代理的类定义如下：
package com.demo;
public class PersonService {
public int fly() {
System.out.println("我飞起来了");
return 0;
}
}
通过ProxyFactory动态代理PersonService的fly方法，具体如下：
package com.demo
import javassist.ClassPool
import javassist.util.proxy.MethodHandler
import javassist.util.proxy.ProxyFactory
import javassist.util.proxy.ProxyObject
/**
* @author chenyousheng
* @date 2022/2/13
* @desc ProxyFactory动态代理目标类方法
*/
object ProxyFactoryTest {
@JvmStatic
fun main(args: Array<String>) {
// 获取ClassPool
val pool = ClassPool.getDefault()
// 获取目标类
val cc = pool.get("com.demo.PersonService")
// 实例化代理类工厂
val factory = ProxyFactory()
// 设置代理类的父类，ProxyFactory将会动态生成一个类，继承该父类
factory.superclass = cc.toClass()
// 设置过滤器，判断哪些方法调用需要被拦截
factory.setFilter {
return@setFilter it.name == "fly"
}
// 创建代理类型
val proxy = factory.createClass()
// 创建代理实例,强转成父类
val personService: PersonService = proxy.newInstance() as PersonService
// 设置代理处理方法
(personService as ProxyObject).handler = MethodHandler { self, thisMethod, proceed, args ->
//thisMethod为被代理方法 proceed为代理方法 self为代理实例 args为方法参数
println(thisMethod.name + "被调用前输出")
try {
val ret = proceed.invoke(self, *args)
println(thisMethod.name + "正在调用，返回值: " + ret)
return@MethodHandler ret
} finally {
println(thisMethod.name + "被调用后输出")
}
}
// 调用代理类的fly方法
personService.fly()
}
}
输出结果如下：
fly被调用前输出
我飞起来了
fly正在调用，返回值: 0
fly被调用后输出
