使用 Javassist 运行时生成泛型子类 | 隔叶黄莺 Yanbin Blog

2017-02-01 | 阅读(3,582)

越是复杂的项目希望使用者能愉快的编码的话，可能就要使用到字节码增强工具来暗地里做些手脚。这方面的工具有 JDK 的 Instrumentation, ASM, BCEL, CGLib, Javassist, 还有 Byte Buddy. Javassist 和 Byte Buddy 更贴近我们编码中的概念，使用起来也简单，而其他几个工具需要我们更多的了解字节码指令，以及常量池等概念。所以我着重去了解怎么运用 Javassist 和 Byte Buddy 来动态修改来生成类文件。

所以本文是系列中的第一篇，旨在以一个 Javassist 的例子来了解它的基本使用方法。本例中在运行时动态生成一个类的子类，并且是泛型的，实现了一个方法，给类加上了一个注解，最终生成一个类文件。总之尽可能的让这个例子具有代表性，同时又需控制它的复杂性。最后通过加载类文件的方式来验证前面生成的类是否是正确的，也可以直接反编译生成的类文件来查看源代码，不过实际操作中我们可能会被反编译出来的源代码欺骗。

本例所使用的 Javassist 的版本是 3.21.0-GA, 是在一个 Maven 项目中测试的，所以 Maven 的依赖是

<dependency>
    <groupId>org.javassist</groupId>
    <artifactId>javassist</artifactId>
    <version>3.21.0-GA</version>
</dependency>

接着创建好基类 Repository 和注解 Scope, 它们的内容分别如下

泛型的 Repository 类

package cc.unmi;

public abstract class Repository<T> {
    abstract T findOne();
}

package cc.unmi;

public abstract class Repository<T> {

abstract T findOne();

}

注解 Scope

package cc.unmi;

import java.lang.annotation.Retention;
import static java.lang.annotation.RetentionPolicy.RUNTIME;

@Retention(RUNTIME)
public @interface Scope {
    String value();
}

package cc.unmi;

import java.lang.annotation.Retention;

import static java.lang.annotation.RetentionPolicy.RUNTIME;

@Retention(RUNTIME)

public @interface Scope {

String value();

}

下面是动态生成子类以及测试的代码

package cc.unmi;

import javassist.ClassPool;
import javassist.CtClass;
import javassist.CtConstructor;
import javassist.CtMethod;
import javassist.CtNewConstructor;
import javassist.CtNewMethod;
import javassist.bytecode.AnnotationsAttribute;
import javassist.bytecode.ConstPool;
import javassist.bytecode.SignatureAttribute;
import javassist.bytecode.annotation.Annotation;
import javassist.bytecode.annotation.StringMemberValue;

public class Main {

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass subClass = pool.makeClass("cc.unmi.UserRepository"); //类的全限名称
        subClass.setSuperclass(pool.get(Repository.class.getName())); //指定父类，也可以在 makeClass() 的第二个参数指定

        //Javassist 对泛型的支持不甚友好，实现方法中还是会把类型擦除
        subClass.setGenericSignature(new SignatureAttribute.TypeVariable("Repository<String>").encode());

        //即使隐式行为默认的构造函数调用父类的构造函数也必须说明
        CtClass[] params = new CtClass[]{ };
        CtConstructor ctor = CtNewConstructor.make( params, null, CtNewConstructor.PASS_PARAMS, null, null, subClass );
        subClass.addConstructor(ctor);

        //使用了源代码的方式来实现一个方法，注意这里的类型是被擦除的, 把 Object 改成 String 反而有问题，见后面的解释
        CtMethod findOneMethod = CtNewMethod.make("public Object findOne(){return \"Yanbin\";}", subClass);
        subClass.addMethod(findOneMethod);

        //加个注解确实复杂，如果想一步创建 Annotation 用 new Annotation("Scope(value=\"Request\")", constPool)
        //产生成类文件反编译后看起来也对的，但可能用反射 API 就是看不到它
        ConstPool constPool = subClass.getClassFile().getConstPool();
        AnnotationsAttribute annotationsAttribute = new AnnotationsAttribute(constPool, AnnotationsAttribute.visibleTag);
        Annotation scopeAnnotation = new Annotation(Scope.class.getName(), constPool);
        scopeAnnotation.addMemberValue("value", new StringMemberValue("Request", constPool));
        annotationsAttribute.addAnnotation(scopeAnnotation);
        subClass.getClassFile().addAttribute(annotationsAttribute);

        //由于是 Maven 项目，所以写入到这个目录中，最后的类文件是 target/classes/cc/unmi/UserRepository.class
        subClass.writeFile("target/classes");

        Class<Repository<String>> repositoryClass = (Class<Repository<String>>) Class.forName("cc.unmi.UserRepository");
        System.out.println(repositoryClass.getAnnotation(Scope.class).value()); //输出 Request

        Repository<String> repository = repositoryClass.newInstance();
        System.out.println(repository.findOne()); //输出 Yanbin

    }
}

package cc.unmi;

import javassist.ClassPool;

import javassist.CtClass;

import javassist.CtConstructor;

import javassist.CtMethod;

import javassist.CtNewConstructor;

import javassist.CtNewMethod;

import javassist.bytecode.AnnotationsAttribute;

import javassist.bytecode.ConstPool;

import javassist.bytecode.SignatureAttribute;

import javassist.bytecode.annotation.Annotation;

import javassist.bytecode.annotation.StringMemberValue;

public class Main {

@SuppressWarnings("unchecked")

public static void main(String[] args) throws Exception {

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();

CtClass subClass = pool.makeClass("cc.unmi.UserRepository"); //类的全限名称

subClass.setSuperclass(pool.get(Repository.class.getName())); //指定父类，也可以在 makeClass() 的第二个参数指定

//Javassist 对泛型的支持不甚友好，实现方法中还是会把类型擦除

subClass.setGenericSignature(new SignatureAttribute.TypeVariable("Repository<String>").encode());

//即使隐式行为默认的构造函数调用父类的构造函数也必须说明

CtClass[] params = new CtClass[]{ };

CtConstructor ctor = CtNewConstructor.make( params, null, CtNewConstructor.PASS_PARAMS, null, null, subClass );

subClass.addConstructor(ctor);

//使用了源代码的方式来实现一个方法，注意这里的类型是被擦除的, 把 Object 改成 String 反而有问题，见后面的解释

CtMethod findOneMethod = CtNewMethod.make("public Object findOne(){return \"Yanbin\";}", subClass);

subClass.addMethod(findOneMethod);

//加个注解确实复杂，如果想一步创建 Annotation 用 new Annotation("Scope(value=\"Request\")", constPool)

//产生成类文件反编译后看起来也对的，但可能用反射 API 就是看不到它

ConstPool constPool = subClass.getClassFile().getConstPool();

AnnotationsAttribute annotationsAttribute = new AnnotationsAttribute(constPool, AnnotationsAttribute.visibleTag);

Annotation scopeAnnotation = new Annotation(Scope.class.getName(), constPool);

scopeAnnotation.addMemberValue("value", new StringMemberValue("Request", constPool));

annotationsAttribute.addAnnotation(scopeAnnotation);

subClass.getClassFile().addAttribute(annotationsAttribute);

//由于是 Maven 项目，所以写入到这个目录中，最后的类文件是 target/classes/cc/unmi/UserRepository.class

subClass.writeFile("target/classes");

Class<Repository<String>> repositoryClass = (Class<Repository<String>>) Class.forName("cc.unmi.UserRepository");

System.out.println(repositoryClass.getAnnotation(Scope.class).value()); //输出 Request

Repository<String> repository = repositoryClass.newInstance();

System.out.println(repository.findOne()); //输出 Yanbin

}

从控制台的输出可以说明动态生成的类是我们期望的结果。详情请参考源代码中的注释。

代码中我们想要生成的类原型是 class UserRepository extends Repository<String>{}, 那么应该实现的就是

public String findOne() { ... }

但要是把生成方法的那行代码改成如下

CtNewMethod.make("public String findOne(){return \"Yanbin\";}, subClass);

这时候你要是查看生成类文件经反编译的源代码也很漂亮，显示为返回类型是 String, 可是一加载调用 fineOne() 方法时就悲剧了，控制台的输出就成了

Request
Exception in thread "main" java.lang.AbstractMethodError: cc.unmi.Repository.findOne()Ljava/lang/Object;
at cc.unmi.Main.main(Main.java:45)

对于如何为类指定泛型，可参考 CtClass.setGenericSignature API。

最后我们可以看一下生成的 target/classes/cc/unmi/UserRepository.class 文件在 IntelliJ IDEA 中反编译后的样子

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//

package cc.unmi;

import cc.unmi.Scope;

@Scope("Request")
public class UserRepository extends Repository<String> {
    public UserRepository() {
    }

    public Object findOne() {
        return "Yanbin";
    }
}

// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA

// (powered by Fernflower decompiler)

package cc.unmi;

import cc.unmi.Scope;

@Scope("Request")

public class UserRepository extends Repository<String> {

public UserRepository() {

}

public Object findOne() {

return "Yanbin";

}

应用延伸：

复杂的泛型，如 <List<User>>, class UserRepository<T extend User> extends Repository<T> 等，或是方法中的泛型参数
定义新的方法，较少情况，因为基本上我们用以生成字节码的话是基于接口来编程
实现接口，或生成子接口, 相应的就是 makeInterface(...)
是否能更多使用 Java 代码的方式来生成类各种部件
除了生成 Class 文件，我们也可以得到所生成类的引用; 或字节码的内容，可用自定义的类加载器进行加载
是否能同时生成相应的源代码到 Maven 项目的 generated-sources 目录中？未曾试过，找到两个相关的库 Roaster 和 SrcGen4Javassist.

相关链接: Javassist 官方指南, 进去有几页内容。

本文链接 https://yanbin.blog/leverage-javassist-generate-generic-subclass/, 来自隔叶黄莺 Yanbin Blog

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使用 Javassist 运行时生成泛型子类 - 莹莹之色

7 years ago

[…] http://yanbin.blog/leverage-javassist-generate-generic-subclass/ , 来自隔叶黄莺 Unmi […]

Perry Conn on Java 9 前/后使用 JAXB (包括支持 javax.* 或 jakarta.*)Your writing has a way of making even the most complex topics accessib...
Yanbin on Windows 安装使用 GCC(mingw-w64)是的，像 Rust 和 dotnet core 一样，都可以支持 Cross compile. Rust 和 g++ 在 Linux 下编译...
MerrickZ on Windows 安装使用 GCC(mingw-w64)我记得G++/GCC都是支持交叉编译的，你可以在linux/macos下面编译出windows平台的二进制PE文件……
Jack on 从 Rust 官方文档理解 Ownership哈哈，年纪大了才会下垂
Yanbin on unmi.cc 博客大事记谢谢再次光临，十来年前的回忆

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