Java动态编程初探

做者简介

传恒，一个喜欢摄影和旅游的软件工程师，前后从事饿了么物流蜂鸟自配送和蜂鸟众包的开发，如今转战 Java，目前负责物流策略组分流相关业务的开发。

什么是动态编程

动态编程是相对于静态编程而言的，平时咱们讨论比较多的静态编程语言例如Java， 与动态编程语言例如JavaScript相比，两者有什么明显的区别呢？ 简单的说就是在静态编程中，类型检查是在编译时完成的，而动态编程中类型检查是在运行时完成的， 所谓动态编程就是绕过编译过程在运行时进行操做的技术。

动态编程使用场景

• 经过配置生成代码，减小重复编码，下降维护成本。
• AOP的一种实现方式，方便实现性能监控和分析，日志，事务，权限校验等。
• 实现新语言的语义，例如Groovy使用ASM生成字节码。
• 单元测试中动态mock测试依赖。

在Java中有以下几种方式实现动态编程：

反射

咱们经常使用到的动态特性主要是反射，在运行时查找对象的属性和方法，修改做用域，经过方法名称调用方法等。在线的应用不建议频繁使用反射，由于反射的性能开销较大。

动态代理

在java的java.lang.reflect包下提供了一个Proxy类和一个InvocationHandler接口，经过这个类和这个接口能够生成JDK动态代理类和动态代理对象。

动态编译

动态编译是从Java 6开始支持的，主要是经过一个JavaCompiler接口来完成的。经过这种方式咱们能够直接编译一个已经存在的java文件，也能够在内存中动态生成Java代码，动态编译执行。

调用Java Script引擎

Java 6加入了对Script(JSR223)的支持。这是一个脚本框架，提供了让脚本语言来访问Java内部的方法。你能够在运行的时候找到脚本引擎，而后调用这个引擎去执行脚本，这个脚本API容许你为脚本语言提供Java支持。

动态生成字节码

操做java字节码的工具备BECL/ASM/CGLIB/Javassist，其中有两个比较流行的，一个是ASM，一个是Javassist。 ASM直接操做字节码指令，执行效率高，要求使用者掌握Java类字节码文件格式及指令，对使用者的要求比较高。 Javassist提供了更高级的API，执行效率相对较差，但无需掌握字节码指令的知识，对使用者要求较低，因此接下来咱们重点讲讲Javassist。

Javassist

Javassist是一个开源的分析、编辑和建立Java字节码的类库。 它是由东京工业大学的数学和计算机科学系的 Shigeru Chiba (千叶滋) 所建立的，目前已经加入到开放源代码JBoss应用服务器项目，JBoss经过使用Javassist对字节码进行操做，实现动态AOP框架。

Javassist(Java Programming Assistant) 使对Java字节码的操做变得简单，它使Java程序可以在运行时定义新类，而且能够在JVM加载时修改类文件。 与其它相似的字节码编辑器不一样，它提供两个级别的API：源级别和字节码级别。 若是用户使用源级别API，他们能够在不知道Java字节码规范的状况下编辑类文件。整个API仅使用Java语言的词汇表进行设计，你甚至可使用Java源代码的方式插入字节码。 另外，用户也可使用字节码级别的API去直接编辑类文件。

// ClassPool 是 CtClass 对象的容器，存储着CtClass的Hash表。它按需读取类文件来构造CtClass对象，而且保存CtClass对象以便以后使用
ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();
// CtClass 表示一个class文件，一个 GtClass(compile-time class)对象用来处理一个class文件，下面是从classpath中查找该类
CtClass ctClass = classPool.get("test.config.ConfigHandle");
// 通知编辑器去寻找对应的包
classPool.importPackage("org.mockito.Mockito");
classPool.importPackage("test.adapter.ext.IDowngrade");
classPool.importPackage("test.utils.property.IProperties");
// 使用removeField() removeMethod() 去删除对应的属性和方法
ctClass.removeField(ctClass.getDeclaredField("serviceHandle"));
ctClass.removeField(ctClass.getDeclaredField("switchHandle"));
ctClass.removeField(ctClass.getDeclaredField("configHandle"));
// CtMethod 和 CtConstructor 提供了 setBody() 方法去修改方法体
CtConstructor ctConstructor = ctClass.getDeclaredConstructors()[0];
ctConstructor.setBody("{this.mySwitch = Mockito.mock(IDowngrade.class);\n" +
    " this.myConfig = Mockito.mock(IProperties.class);}");
// toClass() 请求当前线程的 ClassLoader 去加载 CtClass 所表明的类文件
ctClass.toClass();
//输出成二进制格式
//byte[] b = ctClass.toBytecode();
//输出class文件到目录中
//ctClass.writeFile("/tmp");

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ClassPool是CtClass对象的容器，由于编译器在编译引用CtClass表明的Java类的源代码时，可能会引用CtClass对象，因此一旦一个CtClass被建立，它就被保存在ClassPool中。

若是事先知道要修改哪些类，修改类的最简单方法以下：

• 1. 调用 ClassPool.get() 获取 CtClass 对象
• 2. 修改对象
• 3. 调用 CtClass 对象的 writeFile() 或者 toBytecode() 得到修改过的类文件。

若是须要定义一个新类，只须要

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = pool.makeClass("HelloWorld");
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冻结classes

若是一个 CtClass 对象经过 writeFile(), toClass(), toBytecode()被转换成一个类文件，该CtClass对象会被冻结起来，不容许再修改，由于一个类只能被JVM加载一次。

CtClasss cc = ...;
    :
cc.writeFile();
cc.defrost();
cc.setSuperclass(...);    // 类已经被解冻
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Class 搜索路径：

经过 ClassPool.getDefault() 获取的ClassPool默认使用JVM的类搜索路径。若是程序运行在JBoss或者Tomcat等Web服务器上，ClassPool可能没法找到用户本身定义的类，由于这种Web服务器使用多个类加载器做为系统类加载器。在这种状况下，ClassPool必须添加额外的类搜索路径。

pool.insertClassPath(new ClassClassPath(this.getClass())); // 当前的类使用的类路径，注册到类搜索路径
pool.insertClassPath("/usr/local/javalib"); // 添加目录 /usr/local/javalib 到类搜索路径
ClassPath cp = new URLClassPath("www.javassist.org", 80, "/java/", "org.javassist.");
pool.insertClassPath(cp); // 注册URL到搜索路径
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在Java中，多个类加载器是能够共存的。每一个类加载器建立了本身的命名空间，不一样的类加载器能够加载具备相同类名的不一样类文件，被加载的类也会被视为不一样的类。此功能使咱们可以在单个JVM上面运行多个应用程序，即便这些程序包含具备相同名称的类。

注意，JVM不容许动态从新加载类，一旦类加载器加载了一个类，就不能再在运行时从新加载该类的其它版本。所以，在JVM加载类以后，就不能再更改该类的定义。 可是，JPDA（Java平台调试器架构）提供有限的从新加载类的能力，若是相同的类文件由两个不一样的类加载器加载，则JVM内会建立两个具备相同名称可是定义的不一样的类。因为两个类不相同，因此一个类的实例不能被分配给另外一个类的变量，两个类之间的转换操做也会失败而且抛出一个ClassCastException异常。

总结

Javassist比咱们在本文中所讨论的功能要丰富得多，做为jboss的一个子项目，其主要的优势在于简单和快速，能够直接使用java编码的形式，而不须要了解虚拟机指令，就能动态改变类的结构，或者动态生成类。若是你不是很了解虚拟机指令，能够采用javassist。

参考文档：

• www.javassist.org/tutorial/tu…
• en.wikipedia.org/wiki/Javass…

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