关于java:字节码增强概述

前言

字节码咱们都晓得是 java 文件通过编译之后的 class 文件，每一个字节码文件都要由 10 局部依照固定的程序组成；加强其实就是对字节码文件进行革新生成一个新的文件，已达到咱们的目标，比方动静代理，AOP等；当然加强完须要能被应用，所以波及到到加载的问题；在介绍之前咱们先来看看都有哪些字节码加强技术。

常见技术

常见的字节码加强技术大抵分为两类：动态加强和动静加强；动态加强最常见的就是 AspectJ 了，能够间接编译类，有本人的语法；动静加强包含：ASM、Javassist、Cglib、Java Proxy；上面别离做简略介绍。

AspectJ

AspectJ来自于 Eclipse 基金会，属于动态织入，次要采纳的是编译期织入，在这个期间应用 AspectJ 的acj编译器 (相似javac) 把aspect类编译成 class 字节码；上面看一下 AspectJ 是如何应用的；

• 下载安装
  AspectJ 官网地址：https://www.eclipse.org/aspectj/
  间接下载最新版：AspectJ 1.9.6；间接运行以下命令即可装置：

  java -jar aspectj-1.9.6.jar

指定装置目录，而后配置 classPath 和path即可：

ASPECTJ_HOME=E:\aspectj1.9
CLASSPATH=...%ASPECTJ_HOME%\lib\aspectjrt.jar
PATH=...%ASPECTJ_HOME%\bin

• 编译应用
  能够间接应用 AspectJ 提供的 Demo 进行测试 examples\tjp 目录下：
  外面有两个 java 文件别离是 Demo.java 和GetInfo.java，Demo就是咱们失常的 java 文件，而 GetInfo 是加强文件，外面有一些 AspectJ 语法，须要应用 ajc 命令编译

  E:\aspectj1.9\doc\examples\tjp>ajc -argfile files.lst
  E:\aspectj1.9\doc\examples\tjp>cd ..
  E:\aspectj1.9\doc\examples>java tjp.Demo
  Intercepted message: foo
  in class: tjp.Demo
  Arguments:
    0. i : int = 1
    1. o : java.lang.Object = tjp.Demo@6e3c1e69
  Running original method:
  
  Demo.foo(1, tjp.Demo@6e3c1e69)
  
    result: null
  Intercepted message: bar
  in class: tjp.Demo
  Arguments:
    0. j : java.lang.Integer = 3
  Running original method:
  
  Demo.bar(3)
  
    result: Demo.bar(3)
  Demo.bar(3)

能够发现通过 ajc 编译后的新 class 文件，go 和 bar 两个办法都失去了加强，在办法调用前和后、以及办法参数都增加了日志输入；能够发现 AspectJ 在运行前就曾经对 class 文件做了加强解决；Spring AOP 借鉴了 AspectJ 的一些概念，然而在实现上并没有采纳 AspectJ 而应用动静加强技术；

ASM

ASM是一个通用的 Java 字节码操作和剖析框架，它能够用来批改现有的类或间接以二进制模式动静生成类；ASM提供了一些常见的字节码转换和剖析算法，从中能够构建定制的简单转换和代码剖析工具；几个外围的类：

• ClassVisitor：用于生成和转换编译类的 ASM API 基于 ClassVisitor 抽象类，这个类中的每个办法都对应于同名的类文件构造；
• ClassReader：此类次要性能就是读取字节码文件，而后把读取的数据告诉ClassVisitor；
• ClassWriter：其继承于ClassVisitor，次要用来生成类；

ASM 偏底层字节码操作，所有须要对字节码命令比拟相熟，然而性能高；比方 FastJson、Cglib、Lombok 等都依赖 ASM；大体的操作步骤就是首先须要加载原 Class 文件，而后通过访问者模式拜访所有元素，在拜访的过程中对各元素进行革新，最初从新生成一个字节码的二进制文件，依据需要进行加载新 Class 或者重加载；

更多参考：ASM 入门篇

Javassist

正因为 ASM 须要对字节码命令相熟，而字节码自身就比拟艰涩难懂，所有就有了更容易了解的加强工具Javassist，能够间接应用 Java 编码的形式，无需理解相干字节码指令，对开发者更加敌对，当然性能必定不迭ASM，上面看一下几个常见的类：

• ClassPool：能够简略了解就是寄存类的池子，所有 CtClass 都要从池中获取；
• CtClass：示意一个类文件，能够通过一个类的全限定名来获取一个 CtClass 对；
• CtMethod：对应的类中的办法，能够通过 CtClass 获取指定办法；
• CtField：对应类中的属性，能够通过 CtClass 获取指定属性；

联合以上几个外围类看一个简略的日志加强实例：

public class JavassistTest {public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 加强后的类信息寄存门路
        CtClass.debugDump = "./dump";
        ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
        CtClass cc = cp.get("com.zh.asm.TestService");
        CtMethod m = cc.getDeclaredMethod("query");
        m.insertBefore("{ System.out.println(\"start\"); }");
        m.insertAfter("{ System.out.println(\"end\"); }");
        TestService h = (TestService) c.newInstance();
        h.query();}
}

Dubbo应用 Javassist 是做动静编译解决，JBoss中应用 Javassist 来做 AOP 解决等；

更多：http://www.javassist.org/tuto…

Cglib

Cglib是一个功能强大，高性能的代码生成包，底层依赖 ASM；为JDK 的动静代理提供了很好的补充，Java代理不反对没有接口的状况，另外就是 Cglib 的性能更弱小；几个外围的类如下：

• Enhancer：Cglib中最罕用的一个类，和动静代理中引入的 Proxy 类相似，不同的是 Enhancer 既可能代理一般的class，也可能代理接口；
• MethodInterceptor：拦截器，在调用指标办法时，CGLib会回调 MethodInterceptor 接口办法拦挡，来实现你本人的代理逻辑，相似于 JDK 中的 InvocationHandler 接口；

public class CgLibProxy {public static void main(String[] args) {System.setProperty(DebuggingClassWriter.DEBUG_LOCATION_PROPERTY, "F:/asm/cglib");
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(TestService.class);
        enhancer.setCallback(new MyMethodInterceptor());
        TestService testService = (TestService)enhancer.create();
        testService.query();}
}

public class MyMethodInterceptor implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {System.out.println("加强解决");
        Object object = proxy.invokeSuper(obj, args);
        return object;
    }
}

Cglib 会动静生成一个代理类，真正执行的时候其实就是代理类，在代理类外面又调用了原始类，实现性能加强；

Java Proxy

利用反射机制在运行时创立代理类；接口、被代理类不变，构建一个 handler 类来实现 InvocationHandler 接口；外围类如下：

• Proxy：指定 ClassLoader 对象和一组 interface 来创立动静代理类；
• InvocationHandler：创立本人的调用处理器，也就是加强解决；

public class MyHandler implements InvocationHandler{
    private Object object;
    public MyHandler(Object object){this.object = object;}
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {System.out.println("Before invoke...");
        method.invoke(object, args);
        System.out.println("After invoke...");
        return null;
    }
}

通过反射机制取得动静代理类的构造函数，通过构造函数创立动静代理类实例；而 Cglib 外面底层依赖 ASM，比间接应用反射性能更强；FastJson 中就是用了 ASM 来代替反射的应用，Spring AOP实现也是应用 Cglib 来实现。

加载问题

以上对各种字节码加强技术做了一个简略的介绍，不论哪种加强技术，加强完之后的类信息都须要被加载，依据应用不同的加强技术，以及加强的作用不同，应用的类加载形式也不一样，大抵总结了以下几种状况；

动态编译

这种状况也就是下面介绍的 AspectJ 技术，在运行前就对 class 做了加强解决，所以加载形式和一般类的加载形式没有任何区别，在运行期间可能都不晓得对 class 文件做了加强；这种形式类加载是最简略的；

动静代理

这种形式应用动静加强技术，创立代理类，代理类有本人的惟一名称，代理类实现接口类或者继承于原始类，其实就是生成了一个新的类，在介绍 ASM 的时候也提到它的两项性能：生成类和转换类；FastJson中应用的也是 ASM 的生成类性能；所以这种状况下只有筹备一个类加载即可；ASM没有提供类加载，而其余几种动静加强技术都提供了类加载性能；

热更新

这种状况是最简单的，如果须要被加强的类曾经被加载到内存中，如何在字节码加强之后重加载类；instrument是 JVM 提供的一个能够批改已加载类的类库，专门为 Java 语言编写的插桩服务提供反对；在 JDK 1.6 以前，instrument只能在 JVM 刚启动开始加载类时失效，而在 JDK 1.6 之后，instrument反对了在运行时对类定义的批改；具体应用须要提供一个 ClassFileTransformer 实现类，实现 transform 办法，此办法返回一个字节数组，这个字节数组能够应用以上介绍的字节码加强工具来生成；

应用 Instrumentation，开发者能够构建一个独立于应用程序的代理程序（Agent），用来监测和帮助运行在 JVM 上的程序，甚至可能替换和批改某些类的定义。有了这样的性能，开发者就能够实现更为灵便的运行时虚拟机监控和 Java 类操作了，这样的个性实际上提供了一种虚拟机级别反对的 AOP 实现形式，使得开发者无需对 JDK 做任何降级和改变，就能够实现某些 AOP 的性能了。

以上介绍的 instrument 机制依赖JPDA：Java 平台调试架构（Java Platform Debugger Architecture），它是 Java 虚拟机为调试和监控虚拟机专门提供的一套接口；JPDA 由三个标准组成：JVMTI（JVM Tool Interface）、JDWP（Java Debug Wire Protocol）、JDI（Java Debug Interface）；

更多：https://docs.oracle.com/javas…

总结

本文简略介绍了一下罕用的一些字节码加强技术，正是这些底层技术的反对，帮忙咱们在开发的过程中大大晋升开发的效率比方 lombok、aop 等；晋升性能比方 FastJson、ReflectASM 等；配合 Java Agent 来进行热更新等等。

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