Java深度理解——Java字节代码的操纵

但是关于Java言语的深度了解和运用， InfoQ中文站特地约请IBM初级工程师成富为大家撰写这个《Java深度历险》专栏， 旨在就Java的一些深度和初级特性分享他的经验。 开发人员运用Java的方式比拟复杂。 再利用IDE提供的功用直接运转Java顺序就可以了。 这种开发形式背后的进程是：开发人员编写的是Java源代码文件（. java）， 以类文件的形式保存在磁盘上（. class）。 Java虚拟机（JVM）会负责把Java字节代码加载并执行。 Java经过这种方式来实现其“编写一次， runanywhere）”的目标。 Java类文件中包含的字节代码可以被不同平台上的JVM所运用。 还可以只存在于内存中。 JVM中的类加载器会负责从包含字节代码的字节数组（byte[]）中定义出Java类。 可能会需要静态的生成Java字节代码， 这个时分就需要用到本文中将要引见的相关技术。 首先引见一下如何静态编译Java源文件。 　　静态编译Java源文件　　在一般状况下， 开发人员都是在顺序运转之前就编写完成了全部的Java源代码并且成功编译。 这个时分就需要静态编译源代码来生成Java字节代码， 再由JVM来加载执行。 典型的场景是很多算法竞赛的在线评测系统（如PKUJudgeOnline）， 运用的做法是直接在顺序中调用Java编译器。 假如运用JDK6的话， 可以经过此API来静态编译Java代码。 该Java类的代码是保存在一个字符串中的。 　　假如不能运用JDK6提供的Java编译器API的话， 可以运用JDK中的工具类com. sun. tools. javac. Main， 这是EclipseJava开发环境运用的增量式Java编译器， 支持运转和调试有错误的代码。 在开发形式下， 一旦发现有修改， 会自动编译Java源代码。 因此在修改代码之后， 刷新页面就可以看到变化。 运用这些静态编译的方式的时分， 需要确保JDK中的tools. jar在应用的CLASSPATH中。 　　下面引见一个例子， 是关于如何在Java里面做四则运算， 比方求出来(3+4)7-10的值。 一般的做法是分析输入的运算表达式， 这样的计算进程会比拟复杂， 另外一种做法是可以用JSR223引入的脚本言语支持， 失掉结果。 下面的代码运用的做法是静态生成Java源代码并编译， 这种做法完全运用Java来实现。 参见上一节　　上面的代码给出了运用静态生成的Java字节代码的根本形式， 创立Java类的对象的实例， 再经过Java反射API来调用对象中的方法。 对其进行修改， 这种做法相当于对应用顺序的二进制文件进行修改。 在很多Java框架中都可以见到这种实现方式。 Java字节代码增强通常与Java源文件中的注解（annotation）一块运用。 一般都集中在增加冗余代码和对开发人员屏蔽底层的实现细节上。 用过JavaBeans的人可能对其中那些必须添加的getter/setter方法感到很繁琐， 在调试顺序的时分， 会发理想体类中被添加了一些额定的域和方法。 这些域和方法是在运转时刻由JPA的实现静态添加的。 首先引见一下表示一个Java类或接口的字节代码的组织形式。 　　类文件{　　0xCAFEBABE， 小版本号， 大版本号， 常量池大小?　　访问控制标记， 以后类信息， 父类信息， 实现的接口个数， 域个数， 方法个数， 方法信息数组， 属性个数， 属性信息数组　　如上所示， 一个类或接口的字节代码运用的是一种松散的组织结构， 关于可能包含多个条目的内容， 而在数组之前的是该数组中条目的个数。 关于开发人员来说， 直接操纵包含字节代码的字节数组的话， 开发效率比拟低， 运用这些类库可以在一定水平上降低增强字节代码的复杂度。 比方思索下面一个复杂的需求， 在一个Java类的所有方法执行之前输出相应的日志。 可以用一个前增强（beforeadvice）来解决这个成绩。 假如运用ASM的话， 相关的代码如下：　　从ClassWriter就可以获取到包含增强之后的字节代码的字节数组， 可以把字节代码写回磁盘或是由类加载器直接运用。 增强局部的逻辑比拟复杂， println方法的调用。 在字节代码中， Java方法体是由一系列的指令组成的。 out. println方法的指令， 并把这些指令插入到指令集合的最后面。 ASM提供了一个工具类ASMifierClassVisitor， 当需要增强某个类的时分， 可以先在源代码上做出修改， 　　对类文件进行增强的时机是需要在Java源代码编译之后， 在JVM执行之前。 　　实现自己的Java类加载器。 先进行增强处理， 再从修改正的字节代码中定义出Java类。 JDK5引入了java. lang. 其清单（manifest）文件中会指定一个代理类。 这个类会包含一个premain方法。 JVM在启动的时分会首先执行代理类的premain方法， JDK6中还允许在JVM启动之后静态添加代理。 lang. 一种是重定义一个Java类， 即完全交换一个Java类的字节代码；另外一种是转换已有的Java类， 相当于后面提到的类字节代码增强。 首先需要实现java. 就可以在代理的premain方法中运用它。 　　把该代理类打成一个jar包， 运转Java顺序的时分， 添加JVM启动参数-javaagent:myagent. jar。 这样的话， 完成相关的转换操作。 可以很容易的对二进制分发的Java顺序进行修改， 十分合适于功用分析、调试跟踪和日志记录等义务。 关于那些只是由于语法要求而添加的， 或是形式固定的代码， 完全可以将其字节代码静态生成出来。 字节代码增强和源代码生成是不同的概念。 开发人员需要去维护它：要么手工修改生成出来的源代码， 要么重重生成。 妥善运用Java字节代码的操纵技术， 　　【 宣布评论 条 】