字节码
什么是字节码，在这里就不在赘述了，网上教程很多。Java 为了能让 Java 程序编译一次到处运行，用 Java 编译器将程序对源代码编译生成固定格式的字节码（.class文件）供 JVM 使用，因此理论上来说，只要符合 JVM 规范的字节码文件，就可以在 JVM 上运行，不同的 JVM 类语言（如Scala、Groovy、Kotlin）编译成字节码都可在 JVM 运行，除此之外，如果你对 JVM 的字节码规范非常了解的话，通过自己按照 JVM 规范自己写也是可以的。
那么什么是字节码增强呢？简单理解就是通过某种手段或者技术修改编译好的字节码，让新生成的字节码能满足我们的定制需求，这里说的需求就有很多了，比如常用的 AOP 底层很多就是使用字节码增强来达到切面拦截，再比如微服务中的链路追踪就使用了字节码增强（仅仅只一些 Java 客户端）来进行埋点标记来记录调用链关系的，所以了解字节码增强对一些框架能有更深入对理解，对问题排查有很大对帮助。
上面说的通过某种手段或者技术到底指哪些呢？我们最常用的 Java Proxy 也是一种增强技术，另外常用的还有 ASM，AspectJ，Javassist等常用的技术，其中ASM在指令层次操作字节码的，需要对JVM的指令有一定的了解，同时众多的指令也很难记住，操作比较高；AspectJ扩展了 Java，定义了一些专门的AOP语法，其中 Spring AOP 就使用了 AspectJ；Javassist 是强调源代码层次操作字节码的框架，操作起来很容易入手。
Javassist
使用Javassist需要使用javassist.jar。
优势：
- 操作简单，容易上手
- 性能高于反射
缺点：
- 性能相比 ASM ，会低一些
- 不支持 continue 和 break 表达式，不支持内部类和匿名类，因此在有些场景是不适合的
Javassist 使用 ClassPool 来操作所有的 Java 类。这个类的工作方式与 JVM 类装载器非常相似，但是有一个重要的区别是它不是将装载的、要执行的类作为应用程序的一部分链接，类池使所装载的类可以通过 Javassist API 作为数据使用。可以使用默认的类池（ClassPool.getDefault()），它是从 JVM 搜索路径中装载的，也可以定义一个搜索您自己的路径列表的类池。甚至可以直接从字节数组或者流中装载二进制类，以及从头开始创建新类。
装载到类池中的类由 CtClass 实例表示。与标准的 Class 类一样， CtClass 提供了检查类数据（如字段和方法）的方法。不过，这只是 CtClass 的部分内容，它还定义了在类中添加新字段、方法和构造函数、以及改变类、父类和接口的方法。
字段、方法和构造函数分别由 CtField、CtMethod 和 CtConstructor 的实例表示。这些类定义了修改由它们所表示的对象的所有方法的方法，包括方法或者构造函数中的实际字节码内容。
Javassist 常用类的说明：
- CtClass（compile-time class）：编译时类信息，它是一个class文件在代码中的抽象表现形式，可以通过一个类的全限定名来获取一个CtClass对象，用来表示这个类文件。
- ClassPool：ClassPool是一张保存CtClass信息的HashTable，key为类的全限定名称，value为类名对应的CtClass对象。当我们需要对某个类进行修改时，就是通过pool.getCtClass(“className”)方法从pool中获取到相应的CtClass。
- CtMethod、CtField：这两个比较好理解，对应的是类中的方法和属性，可以用于定义或者修改一些方法和字段。
Javassist 增强的代码片段是使用字符串来编写的，基本和平时写的 Java 源代码一致，主要的不同是一些是以 $ 开头的标识符，用于表示方法或者构造函数参数、方法返回值等。
比如：
public void method1(String arg1, Object arg2) { // 增强代码片段 { System.out.println("入参 1: " + $1); // arg1 System.out.println("入参 2: " + $2); // arg2 }}入门 Demo
通过一个平时经常需要用的业务日志记录来学习，平时业务日志操作记录基本都是通过 AOP 实现的，这次就使用字节码增强技术来进行实现，对业务代码基本无任何侵入。
首先定义一个业务 service
public class BizService { public void bizProcess(Map map) { System.out.println("do biz process"); }}编写增强代码片段
public class BizServiceInteceptor { public static void preProcess(Map map) { System.out.println("preProcess"); // do log }}编写测试类
public class JavassistTest { public static void main(String[] args) throws NotFoundException, CannotCompileException { ClassPool pool = ClassPool.getDefault(); // 获取默认的类池 CtClass clazz = pool.getOrNull("com.zmc.learning.javassist.BizService"); if (clazz == null) { System.out.println("bizService not found"); return; } // 获取需要增强的代码方法 CtMethod bizProcessMethod = clazz.getDeclaredMethod("bizProcess"); // 植入增强代码片段 StringBuffer sb = new StringBuffer(); sb.append("{"); sb.append("com.zmc.learning.javassist.BizServiceInteceptor.preProcess($1);"); //获取入参 sb.append("}"); bizProcessMethod.insertBefore(sb.toString()); // 是不是有点像 AOP 的 before？ // 增强后的 class clazz.toClass(); BizService bizService = new BizService(); bizService.bizProcess(new HashMap()); }}代码也很简单，需要注意的是，BizServiceInteceptor 是静态方法，同时入参需要和原方法一致。这个 demo 是不是很 easy，看的出来 Javassist 在源代码层面上操作字节码对程序员还是很友好的。
Demo 2 增强 Http Client
需求：需求也比较简单，在跨系统进行 Http 调用的时候，需要记录请求的来源和调用的链路，如果是你你会怎么做呢。
正常硬编码的方式
// 基于 Apache httpclient 进行 http 调用// 调用方{ httpRequest.setHeader("source", "sys1");}// 处理方{ Header header = httpRequest.getHeaders("source")[0]; String sourceSystem = header.getValue();}这样也能比较容易的实现链路的记录，但是这样的方式明显不适合。为什么呢？第一这段代码其实跟业务关系不大，每个业务方都需要编写 http 调用的时候加上这么一段前置的逻辑，仔细想想，如果有10个系统通过 http 相互调用呢。第二如果 A 系统 set header 的 key 为 source，那下游也得知道你 set 的 key 值，同时下游再调用下游的的时候，如果它set 的 key 不是 source 呢，那是不是就不统一了，这时你可能会说各个系统协调好，统一不就好了，是的，这样确实可以，那为什么不使用类似 AOP 一样的技术进行拦截统一加呢，这样又不会对代码有侵入性。
使用Javassist处理
http client 依赖
<dependency> <groupId>org.apache.httpcomponents</groupId> <artifactId>httpclient</artifactId> <version>4.5.8</version></dependency>增强的代码片段
public class HttpClientInterceptor { public static void intercept(HttpRequest httpRequest) { httpRequest.setHeader("source", "test"); }}增强的工具类
public class HttpClientInstrumentation { private static final String ENHANCE_CLASS = "org.apache.http.impl.client.InternalHttpClient"; // 增强的 client private static final String ENHANCE_METHOD = "doExecute"; // 增强的方法 public static void enhance() throws NotFoundException, CannotCompileException { ClassPool classPool = ClassPool.getDefault(); CtClass ctClass = classPool.getOrNull(ENHANCE_CLASS); if (ctClass == null) { System.out.println("http client not found"); return; } CtMethod doExecuteMethod = ctClass.getDeclaredMethod(ENHANCE_METHOD); String sb = "{" + "com.zmc.learning.javassist.HttpClientInterceptor.intercept" + "($2);" + // 获取入参 HttpRequest "}"; doExecuteMethod.insertBefore(sb); // 植入代码片段 ctClass.toClass(); }}测试类
public class HttpClientTest { public static void main(String[] args) throws NotFoundException, CannotCompileException { HttpClientInstrumentation.enhance(); HttpGet httpGet = sendGet(); Header header = httpGet.getHeaders("source")[0]; System.out.println(header.getValue()); } private static HttpGet sendGet() { //创建默认的httpClient实例 CloseableHttpClient httpClient = HttpClients.createDefault(); HttpGet get = null; try { //用get方法发送http请求 get = new HttpGet("http://www.baidu.com/"); System.out.println("执行get请求:...." + get.getURI()); CloseableHttpResponse httpResponse = null;// get.setHeader("source", "abc"); //发送get请求 httpResponse = httpClient.execute(get); try { //response实体 HttpEntity entity = httpResponse.getEntity(); if (null != entity) { System.out.println("响应状态码:" + httpResponse.getStatusLine()); System.out.println("-------------------------------------------------"); System.out.println("响应内容:" + EntityUtils.toString(entity)); System.out.println("-------------------------------------------------"); } } finally { httpResponse.close(); } } catch (Exception ignore) { ; } finally { try { if (httpClient != null) { httpClient.close(); } } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } return get; }}这样一个 http client 的增强就好了，在业务方需要使用 http client 调用的系统中只需要在启动的时候调用 HttpClientInstrumentation.enhance 方法即可，对业务方来说是透明的，需要注意的是为什么增强的目标方法是 doExecute 呢？因为这个方法是 http client 最底层的方法，上层的方法最后都会到这个方法来发起请求，因此拦截这个方法即可，另外，这个 demo 中只拦截了 InternalHttpClient 类，如果需要全面一点的话可能还需要拦截 MinimalHttpClient,AbstractHttpClient 等，需要注意的是这个仅仅对 http client 同步的客户端进行了增强。
有了这个 demo 是不是对其他对跨系统调用的客户端也可以实现呢，redis，kafka，nsq，grpc？大致的思路其实是一致的。说到这里再补一句，其实链路追踪的框架调用链这块大致的思路也是这样的，通过增强各个中间件的客户端来把系统的调用链串起来。
Demo 3 实现代理
参照Jdk Java Proxy 编写一个动态代理的工具，Java Proxy 相关的请自行了解。
编写ProxyFactory
public class ProxyFactory { public static Object newProxyInstance(ClassLoader classLoader, Class<?> interfaceClass, InvocationHandler h) throws Throwable { ClassPool pool = ClassPool.getDefault(); // 1.创建代理类 ProxyClass CtClass proxyClass = pool.makeClass("ProxyClass"); // 2.给代理类添加字段：private InvocationHandler handler; CtClass handlerCc = pool.get(InvocationHandler.class.getName()); CtField handlerField = new CtField(handlerCc, "handler", proxyClass); // CtField(CtClass fieldType, String fieldName, CtClass addToThisClass) handlerField.setModifiers(AccessFlag.PRIVATE); proxyClass.addField(handlerField); // 3.添加构造函数：public NewProxyClass(InvocationHandler handler) { this.handler = handler; } CtConstructor ctConstructor = new CtConstructor(new CtClass[] { handlerCc }, proxyClass); ctConstructor.setBody("$0.handler = $1;"); // $0代表this, $1代表构造函数的第1个参数 proxyClass.addConstructor(ctConstructor); // 4.为代理类添加相应接口方法及实现 CtClass interfaceCc = pool.get(interfaceClass.getName()); // 4.1 为代理类添加接口：public class ProxyClass implements IHello proxyClass.addInterface(interfaceCc); // 4.2 为代理类添加相应方法及实现 CtMethod[] ctMethods = interfaceCc.getDeclaredMethods(); for (CtMethod ctMethod : ctMethods) { String methodFieldName = ctMethod.getName(); // 新的方法名 // 4.2.1 为代理类添加反射方法字段 // 如：private static Method method1 = Class.forName("com.zmc.learning.javassist.IHello").getDeclaredMethod("sayHello", new Class[] { Integer.TYPE }); // 构造反射字段声明及赋值语句 String classParamsStr = "new Class[0]"; // 方法的多个参数类型以英文逗号分隔 if (ctMethod.getParameterTypes().length > 0) { // getParameterTypes获取方法参数类型列表 for (CtClass clazz : ctMethod.getParameterTypes()) { classParamsStr = (("new Class[0]".equals(classParamsStr)) ? clazz.getName() : classParamsStr + "," + clazz.getName()) + ".class"; } classParamsStr = "new Class[] {" + classParamsStr + "}"; } String methodFieldTpl = "private static java.lang.reflect.Method %s=Class.forName(\"%s\").getDeclaredMethod(\"%s\", %s);"; String methodFieldBody = String.format(methodFieldTpl, ctMethod.getName(), interfaceClass.getName(), ctMethod.getName(), classParamsStr); // 为代理类添加反射方法字段. CtField.make(String sourceCodeText, CtClass addToThisClass) CtField methodField = CtField.make(methodFieldBody, proxyClass); proxyClass.addField(methodField); // 4.2.2 为方法添加方法体 // 构造方法体. this.handler.invoke(this, 反射字段名, 方法参数列表); String methodBody = "$0.handler.invoke($0, " + methodFieldName + ", $args)"; // 如果方法有返回类型，则需要转换为相应类型后返回，因为invoke方法的返回类型为Object if (CtPrimitiveType.voidType != ctMethod.getReturnType()) { // 对8个基本类型进行转型 // 例如：((Integer)this.handler.invoke(this, this.m2, new Object[] { paramString, new Boolean(paramBoolean), paramObject })).intValue(); if (ctMethod.getReturnType() instanceof CtPrimitiveType) { CtPrimitiveType ctPrimitiveType = (CtPrimitiveType) ctMethod.getReturnType(); methodBody = "return ((" + ctPrimitiveType.getWrapperName() + ") " + methodBody + ")." + ctPrimitiveType.getGetMethodName() + "()"; } else { // 对于非基本类型直接转型即可 methodBody = "return (" + ctMethod.getReturnType().getName() + ") " + methodBody; } } methodBody += ";"; // 为代理类添加方法. CtMethod(CtClass returnType, String methodName, CtClass[] parameterTypes, CtClass addToThisClass) CtMethod newMethod = new CtMethod(ctMethod.getReturnType(), ctMethod.getName(), ctMethod.getParameterTypes(), proxyClass); newMethod.setBody(methodBody); proxyClass.addMethod(newMethod); } // 5.生成代理实例. 将入参InvocationHandler handler设置到代理类的InvocationHandler handler变量 Class newClass = proxyClass.toClass(classLoader, null); return newClass.getConstructor(InvocationHandler.class).newInstance(h); }}ProxyFactory 和 Jdk Java Proxy 方法签名都一致，使用的方式也是一致的，需要注意的是对8个基本类型进行转型。
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