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在本文中,我们将研究Javasisst(http://www.javassist.org/)库。

字节码修改工具Javasisst简介

简单地说,这个库通过使用高级API比JDK中的API更简单地操作Java字节码。

Maven依赖

要将Javassist库添加到我们的项目中,我们需要将Javassist添加到pom中:

<dependency>
    <groupId>org.javassist</groupId>
    <artifactId>javassist</artifactId>
    <version>${javaassist.version}</version>
</dependency>

<properties>
    <javaassist.version>3.21.0-GA</javaassist.version>
</properties>

字节码是什么?

在非常高的层次上,每个Java类都是以纯文本格式编写并编译成字节码的,字节码是Java虚拟机可以处理的指令集。JVM将字节码指令转换为机器级汇编指令。

假设我们有一个Point类:

public class Point {
    private int x;
    private int y;

    public void move(int x, int y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    // standard constructors/getters/setters
}

编译后,将创建包含字节码的Point.class文件。通过执行javap命令,我们可以看到该类的字节码:

javap -c Point.class

这将打印以下输出:

public class com.baeldung.javasisst.Point {
  public com.baeldung.javasisst.Point(int, int);
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: aload_0
       5: iload_1
       6: putfield      #2                  // Field x:I
       9: aload_0
      10: iload_2
      11: putfield      #3                  // Field y:I
      14: return

  public void move(int, int);
    Code:
       0: aload_0
       1: iload_1
       2: putfield      #2                  // Field x:I
       5: aload_0
       6: iload_2
       7: putfield      #3                  // Field y:I
      10: return
}

所有这些指令都由Java语言指定;它们中有很多是可用的。

让我们分析move()方法的字节码指令:

  • aload_0指令正在从局部变量0向堆栈加载引用
  • iload_1正在从局部变量1加载一个int值
  • putfield正在设置对象的字段x。对于y,所有操作都是类似的
  • 最后一条指令是返回

每一行Java代码都被编译成字节码,并带有适当的指令。Javassist库使得操作字节码相对容易。

生成Java类

Javassist库可用于生成新的Java类文件。

假设我们想要生成一个实现java.lang.Cloneable接口的JavassistGeneratedClass类。我们希望该类具有int类型的id字段。类文件用于创建新类文件,FieldInfo用于向类添加新字段:

ClassFile cf = new ClassFile(
  false, "com.baeldung.JavassistGeneratedClass", null);
cf.setInterfaces(new String[] {"java.lang.Cloneable"});

FieldInfo f = new FieldInfo(cf.getConstPool(), "id", "I");
f.setAccessFlags(AccessFlag.PUBLIC);
cf.addField(f);

创建JavassistGeneratedClass.class后,我们可以断言它实际上有一个id字段:

ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();
Field[] fields = classPool.makeClass(cf).toClass().getFields();
 
assertEquals(fields[0].getName(), "id");

加载类的字节码指令

如果我们想加载一个已经存在的类方法的字节码指令,我们可以获得该类的特定方法的CodeAttribute。然后我们可以得到一个CodeIterator来迭代该方法的所有字节码指令。

让我们加载Point类的move()方法的所有字节码指令:

ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
ClassFile cf = cp.get("com.baeldung.javasisst.Point")
  .getClassFile();
MethodInfo minfo = cf.getMethod("move");
CodeAttribute ca = minfo.getCodeAttribute();
CodeIterator ci = ca.iterator();

List<String> operations = new LinkedList<>();
while (ci.hasNext()) {
    int index = ci.next();
    int op = ci.byteAt(index);
    operations.add(Mnemonic.OPCODE[op]);
}

assertEquals(operations,
  Arrays.asList(
  "aload_0", 
  "iload_1", 
  "putfield", 
  "aload_0", 
  "iload_2",  
  "putfield", 
  "return"));

通过将字节码聚合到操作列表中,我们可以看到move()方法的所有字节码指令,如上面的断言所示。

向现有类字节码添加字段

假设我们想在现有类的字节码中添加一个int类型的字段。我们可以使用ClassPoll加载该类,并在其中添加一个字段:

ClassFile cf = ClassPool.getDefault()
  .get("com.baeldung.javasisst.Point").getClassFile();

FieldInfo f = new FieldInfo(cf.getConstPool(), "id", "I");
f.setAccessFlags(AccessFlag.PUBLIC);
cf.addField(f);

我们可以使用反射来验证Point类上是否存在id字段:

ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();
Field[] fields = classPool.makeClass(cf).toClass().getFields();
List<String> fieldsList = Stream.of(fields)
  .map(Field::getName)
  .collect(Collectors.toList());
 
assertTrue(fieldsList.contains("id"));

向类字节码添加构造函数

我们可以使用addInvokespecial()方法将构造函数添加到前面一个示例中提到的现有类中。

我们可以通过调用java.lang.Object类中的<init>方法来添加无参数构造函数:

ClassFile cf = ClassPool.getDefault()
  .get("com.baeldung.javasisst.Point").getClassFile();
Bytecode code = new Bytecode(cf.getConstPool());
code.addAload(0);
code.addInvokespecial("java/lang/Object", MethodInfo.nameInit, "()V");
code.addReturn(null);

MethodInfo minfo = new MethodInfo(
  cf.getConstPool(), MethodInfo.nameInit, "()V");
minfo.setCodeAttribute(code.toCodeAttribute());
cf.addMethod(minfo);

我们可以通过迭代字节码来检查是否存在新创建的构造函数:

CodeIterator ci = code.toCodeAttribute().iterator();
List<String> operations = new LinkedList<>();
while (ci.hasNext()) {
    int index = ci.next();
    int op = ci.byteAt(index);
    operations.add(Mnemonic.OPCODE[op]);
}

assertEquals(operations,
  Arrays.asList("aload_0", "invokespecial", "return"));

结论

在本文中,我们介绍了Javassist库,目的是简化字节码操作。

我们关注核心特性,并从Java代码生成一个类文件;我们还对已经创建的Java类进行了字节码操作。

 

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