【Java核心-进阶】运行时动态生成Java类

技术上可行的方式

生成源码文件 -> 编译源码 -> 加载类

方式1：javac 编译

可以用 ProcessBuilder 这个类启动 javac 进程，编译源码文件

 

方式2：Java Compiler API 编译

JDK中的 Java Compiler API 提供了与 javac 对等的编译能力。（示例：InMemoryJavaCompiler）

 

直接生成字节码 -> 加载类

一般通过字节码操作工具和类库来更改Java Class的字节码。
流行的工具有 ASM、Javassist、cglib、Byte Buddy 等。
很多工具/框架中的动态代理实现中就有用到这些工具。如，Spring框架内置了 cglib

 

字节码 -> Class

将字节码转换为 Class 发生在类加载过程中（《Java类加载》）。
可通过 ClassLoader.defineClass 方法将字节码转换成Class对象。
或者使用JDK中其它对等的方法（不同版本的JDK会略有不同）。

public abstract class ClassLoader {
  protected final Class<?> defineClass(
      String name, byte[] b, int off, int len,
      ProtectionDomain protectionDomain);

  protected final Class<?> defineClass(
      String name, java.nio.ByteBuffer b,
      ProtectionDomain protectionDomain);

  static native Class<?> defineClass1(
      ClassLoader loader, String name, byte[] b, int off, int len,
      ProtectionDomain pd, String source);

  static native Class<?> defineClass2(
      ClassLoader loader, String name, java.nio.ByteBuffer b,
      int off, int len, ProtectionDomain pd, String source);
  ...
}

 

操作字节码

JDK 动态代理实现方式

JDK动态代理实现的方式是比较hack的，需要了解JVM指令，偏移地址的处理也比较繁琐。
从 ProxyGenerator 类源码可以看出这种方式的使用门槛非常高，不适合普通开发场景。

 

更抽象方便的类库（ASM等）

JDK内部集成了ASM类库。如，命名空间 jdk.internal.org.objectweb.asm 下的 ClassWriter 类提供了一组用于生成字节码的方法。

public class ClassWriter extends ClassVisitor {
  // 构建 Class 签名（指定Java版本、访问权限、名称、父类、实现接口等）
  public final void visit(
      final int version, final int access, final String name,
      final String signature, final String superName,
      final String[] interfaces);

  // 构建方法
  public final MethodVisitor visitMethod(
      final int access, final String name, final String descriptor,
      final String signature, final String[] exceptions);

  // 结束字节码生成
  public final void visitEnd();

  // 输出字节码，用于前述的 ClassLoader 载入该新建的类
  public byte[] toByteArray();
  ...
}

public abstract class MethodVisitor {
  // 构建方法内部代码
  public void visitCode();
  ...
}

 

ASM中的 Visitor 模式

在生成/修改字节码的大多数场景中，都是依赖特定结构，修改或新增 方法、变量、类型等。
而Visitor模式的优势就是将算法和对象结构解耦，所以ASM API广泛使用了该模式。

 

字节码操作技术的使用场景

大多数业务不会直接使用字节码操作技术，但它是很多工具和底层框架必不可少的部分。
Mock 框架、ORM 框架、IOC 容器、Profiler或运行时诊断工具、形式化代码生成工具 等都会用到字节码操作技术。
 

在一些资源消耗统计的场景中也经常出现字节码操作技术的身影。
如，为了统计某些方法调用的网络通信的消耗，我们可以通过 JavaAgent + 字节码操作技术 来改变相关类，植入统计相关数据的代码。
这种方式不会侵入原业务代码，比AOP的方式更干净。而且不开启统计功能时，是零开销。