详解Java字节码编程之非常好用的javassist

一、Javassist入门

（一）Javassist是什么

Javassist是可以动态编辑Java字节码的类库。它可以在Java程序运行时定义一个新的类，并加载到JVM中；还可以在JVM加载时修改一个类文件。Javassist使用户不必关心字节码相关的规范也是可以编辑类文件的。

（二）Javassist核心API

在Javassist中每个需要编辑的class都对应一个CtCLass实例，CtClass的含义是编译时的类（compile time class），这些类会存储在Class Pool中（Class poll是一个存储CtClass对象的容器）。
CtClass中的CtField和CtMethod分别对应Java中的字段和方法。通过CtClass对象即可对类新增字段和修改方法等操作了。

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（三）简单示例

为了减少演示的复杂度，示例以及之后的操作，都在Maven项目下进行，因为我们可以直接引入依赖就可以达到我们导包的目的，很方便，不用再去下载jar包，然后自己手动导入了。

1、创建一个maven项目

如果你使用的是IDEA，可以像我一样；如果是其他工具，可以自行百度，或者按照自己的经验来创建即可。

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2、创建一个测试类，代码如下：

package com.ssdmbbl.javassist;
import javassist.*;
import java.io.IOException;
/**
* @author zhenghui
* @description: Javassist使用演示测试
* @date 2021/4/6 6:38 下午
*/
public class JavassistTest {
public static void main(String[] args) throws CannotCompileException, IOException {
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
CtClass ctClass = cp.makeClass("com.ssdmbbl.javassist.Hello");
ctClass.writeFile("./");
}
}

当运行这个代码的时候，可以看到已经在项目的根目录下创建了一个“com.ssdmbbl.javassist”包，在这个包下创建了“Hello.java”的java文件。

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内容如下：

package com.ssdmbbl.javassist;
public class Hello {
public Hello() {
}
}

二、Javassist操作字节码示例

回想一下，咱们如果对一个Java正常操作的话，大概存在哪些操作呢？

1、咱们会对一个类添加字段；
2、咱们会对一个类添加方法；

好像没其他的了吧。其余的就是在方法里写代码了呗。

（一）新增一个方法

咱们继续套用上面简单示例的代码，在此基础之上进行新增一个方法。

新增方法的名字为"hello1"，传递两个参数分别为int和double类型，并且没有返回值。

package com.ssdmbbl.javassist;
import javassist.*;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
/**
* @author zhenghui
* @description: Javassist使用演示测试
* @date 2021/4/6 6:38 下午
*/
public class JavassistTest2 {
public static void main(String[] args) throws CannotCompileException, IOException {
//找到本文件的路径，与之保存在一起
URL resource = JavassistTest2.class.getClassLoader().getResource("");
String file = resource.getFile();
System.out.println("文件存储路径："+file);
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
CtClass ctClass = cp.makeClass("com.ssdmbbl.javassist.Hello");
//创建一个类名为"hello"，传递参数的顺序为(int,double)，没有返回值的类
/*
CtMethod（...）源代码：
public CtMethod(CtClass returnType,//这个方法的返回值类型，
String mname, //（method name）方法的名字是什么
CtClass[] parameters, //方法传入的参数类型是什么
CtClass declaring //添加到哪个类中
) {....}
*/
CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
//设置hello方法的权限为public
ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
//向ctClass中添加这个方法
ctClass.addMethod(ctMethod);
//写入本地
ctClass.writeFile(file);
}
}

执行后，就可以查看生成的代码了：

可以看到，我们并没有指定参数的名字，也会给生成var1、var2依次类推的名字。

var1和var2其实class变量表中存放的名字。

package com.ssdmbbl.javassist;
public class Hello {
public void hello1(int var1, double var2) {
}
public Hello() {
}
}

可以设置的返回值类型：

public static CtClass booleanType;
public static CtClass charType;
public static CtClass byteType;
public static CtClass shortType;
public static CtClass intType;
public static CtClass longType;
public static CtClass floatType;
public static CtClass doubleType;
public static CtClass voidType;

（二）新增一个变量

URL resource = JavassistTest2.class.getClassLoader().getResource("");
String file = resource.getFile();
System.out.println("文件存储路径："+file);
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
CtClass ctClass = cp.makeClass("com.ssdmbbl.javassist.Hello");
//添加一个hello1的方法
CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctClass.addMethod(ctMethod);
//添加一个int类型的，名字为value的变量
CtField ctField = new CtField(CtClass.intType,"value",ctClass);
ctField.setModifiers(Modifier.PRIVATE);
ctClass.addField(ctField);
ctClass.writeFile(file);

那么执行后的内容就是如下了：

package com.ssdmbbl.javassist;
public class Hello {
private int value;
public void hello1(int var1, double var2) {
}
public Hello() {
}
}

（三）给变量新增get和set方法

代码修改如下：

public static void main(String[] args) throws CannotCompileException, IOException {
URL resource = JavassistTest2.class.getClassLoader().getResource("");
String file = resource.getFile();
System.out.println("文件存储路径："+file);
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
CtClass ctClass = cp.makeClass("com.ssdmbbl.javassist.Hello");
//添加一个hello1的方法
CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctClass.addMethod(ctMethod);
//添加一个int类型的，名字为value的变量
CtField ctField = new CtField(CtClass.intType,"value",ctClass);
ctField.setModifiers(Modifier.PRIVATE);
ctClass.addField(ctField);
//为value变量添加set方法
CtMethod setValue = new CtMethod(CtClass.voidType, "setValue", new CtClass[]{CtClass.intType}, ctClass);
setValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctClass.addMethod(setValue);
//为value变量添加get方法
CtMethod getValue = new CtMethod(CtClass.intType, "getValue", new CtClass[]{}, ctClass);
getValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctClass.addMethod(getValue);
ctClass.writeFile(file);
}

执行效果：

package com.ssdmbbl.javassist;
public class Hello {
private int value;
public void hello1(int var1, double var2) {
}
public void setValue(int var1) {
}
public int getValue() {
}
public Hello() {
}
}

（四）给方法内部添加代码

你是不是很好奇，set和get方法内部并没有代码，当程序运行的时候，肯定会出错的。
下面就来看一下。

我们预想的结果：

private int value;
public void setValue(int var1) {
this.value = var1
}
public int getValue() {
return this.value;
}

修改如下：

//为value变量添加set方法
CtMethod setValue = new CtMethod(CtClass.voidType, "setValue", new CtClass[]{CtClass.intType}, ctClass);
setValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
//设置方法体
setValue.setBody("this.value = var1;");
ctClass.addMethod(setValue);
//为value变量添加get方法
CtMethod getValue = new CtMethod(CtClass.intType, "getValue", new CtClass[]{}, ctClass);
getValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
//设置方法体
getValue.setBody("return this.value;");
ctClass.addMethod(getValue);

很倒霉，说找不到这个var1这个变量

报错的堆栈信息如下：

Exception in thread "main" javassist.CannotCompileException: [source error] no such field: var1
at javassist.CtBehavior.setBody(CtBehavior.java:474)
at javassist.CtBehavior.setBody(CtBehavior.java:440)
at com.ssdmbbl.javassist.JavassistTest2.main(JavassistTest2.java:41)
Caused by: compile error: no such field: var1

这个原因我们前面其实提到了，因为在编译的时候，会把变量名抹掉，传递的参数会依次在局部变量表中的顺序。

如果传递：

public void test(int a,int b,int c){
...
}

那么a,b,c就对应本地变量表中的1,2,3的位置。

—— ——
｜a｜1｜
｜b｜2｜
｜c｜3｜
—— ——

那么我们获取变量时就不能使用原始的名字了，在Javassist中访问方法中的参数使用的是$1, 2 , 2, 2,…，而不是直接使用原始的名字。

我们修改如下：

//为value变量添加set方法
CtMethod setValue = new CtMethod(CtClass.voidType, "setValue", new CtClass[]{CtClass.intType}, ctClass);
setValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
//设置方法体
setValue.setBody("this.value = $1;");
ctClass.addMethod(setValue);
//为value变量添加get方法
CtMethod getValue = new CtMethod(CtClass.intType, "getValue", new CtClass[]{}, ctClass);
getValue.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
//设置方法体
getValue.setBody("return this.value;");
ctClass.addMethod(getValue);

结果成功了：

public class Hello {
private int value;
public void hello1(int var1, double var2) {
}
public void setValue(int var1) {
this.value = var1;
}
public int getValue() {
return this.value;
}
public Hello() {
}
}

再来一个：修改hello1方法体，使传递的两个参数相加然后赋值给value；

//添加一个hello1的方法
CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctMethod.setBody("this.value = $1 + $2;");
ctClass.addMethod(ctMethod);

执行结果如下：

因为我们value是int，$1是int，$2是double，所以做了强制转型处理。

public void hello1(int var1, double var2) {
this.value = (int)((double)var1 + var2);
}

（五）在方法体的前后分别插入代码

测试代码如下：

//添加一个hello1的方法
CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctMethod.setBody("this.value = $1 + $2;");
ctMethod.insertBefore("System.out.println(\"我在前面插入了：\"+$1);");
ctMethod.insertAfter("System.out.println(\"我在最后插入了：\"+$1);");
ctClass.addMethod(ctMethod);

结果如下：

public void hello1(int var1, double var2) {
System.out.println("我在前面插入了：" + var1);
this.value = (int)((double)var1 + var2);
Object var5 = null;
System.out.println("我在最后插入了：" + var1);
}

三、Javassist中的一些特殊参数示例讲解

在官方文档中看到有几个比较特殊的标识符，还有几个比较特殊的标识符需要了解。

标识符	作用
$0、$1、$2、 3 、 3、 3、…	this和方法参数（1-N是方法参数的顺序）
$args	方法参数数组，类型为Object[]
$$	所有方法参数，例如：m($$)相当于m($1,$2,…)
$cflow(…)	control flow 变量
$r	返回结果的类型，在强制转换表达式中使用。
$w	包装器类型，在强制转换表达式中使用。
$_	返回的结果值
$sig	类型为java.lang.Class的参数类型对象数组
$type	类型为java.lang.Class的返回值类型
$class	类型为java.lang.Class的正在修改的类

下面咱们来一起分别来看一下，分析一下，怎么用，有什么用吧。

只介绍几个常见和常用到的吧。
有兴趣的话，剩下的可以看官方文档：http://www.javassist.org/tutorial/tutorial2.html

（一）$0,$1,$2,…

这个其实咱们已经在上面用到过了，再来细说一下吧。$0代表this，$1, 2 , 2, 2,…，依次对应方法中参数的顺序。
如果有：

public void test(int a,int b,int c){}

那么如果想引用a和b和c的话，需要这样：

ctMethod.setBody("return $1 + $2 + $3;");

对了还有：静态方法是没有$0的，所以静态方法下$0是不可用的。

（二）$args

$args变量表示所有参数的数组，它是一个Object类型的数组（new Object[]{…}），如果参数中有原始类型的参数，会被转换成对应的包装类型。比如原始数据类型为int，则会被转换成java.lang.Integer，然后存储在args中。

例如我们测试代码如下：

CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
ctMethod.setBody("System.out.println($args);");

编译后的结果如下：

public void hello1(int var1, double var2) {
System.out.println(new Object[]{new Integer(var1), new Double(var2)});
}

（三）$$

变量是所有参数的缩写，参数用逗号分割，例如： m ( 是所有参数的缩写，参数用逗号分割，例如：m( 是所有参数的缩写，参数用逗号分割，例如：m()相当于：m($1,$2,$3,…)。

如何使用呢？

我们经常做一些代码优化，把较为复杂的方法内部的逻辑，提炼出来，提炼到一个公共的方法里。

或者说一个方法调用另一个方法，这两个方法传递的参数是一样的时候就用到了。

例如原java：

public Object m1(String name,String age){
...省略10000行代码逻辑
}

提炼后的：

提炼出来的代码，我们也可以在其他地方使用（所谓的公共的代码）。

public Object m1(String name,String age){
...省略20行代码逻辑
return m2(name,age);
}
private Object m2(String name,String age){
...
}

那么我们就造一个这个场景来说明一下用法吧。

简单点来说，就是一个方法调用另一个方法，传递全参数时。

CtMethod hello2 = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello2", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
hello2.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
hello2.setBody("this.value = $1 + $2;");
ctClass.addMethod(hello2);
//添加一个hello1的方法
CtMethod hello1 = new CtMethod(CtClass.voidType, "hello1", new CtClass[]{CtClass.intType, CtClass.doubleType}, ctClass);
hello1.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
hello1.setBody("this.value = $1 + $2;");
hello1.insertAfter("hello2($$);");

可以看到我们hello1调用hello2时，需要传递全部参数。此时即可写成$$方法，当然了也可以写成hello2($1,$2)。

编译后的结果：

public void hello2(int var1, double var2) {
this.value = (int)((double)var1 + var2);
}
public void hello1(int var1, double var2) {
this.value = (int)((double)var1 + var2);
Object var5 = null;
this.hello2(var1, var2);
}

（四）$cflow(…)

$cflow 的全名为：control flow，这是一个只读变量，返回指定方法递归调用的深度。

我们以计算n的斐波拉契数列为例，来演示一下如何使用。

我们正确的递归算法代码如下：

public int f(int n){
if(n <= 1){
return n;
}
return f(n-1) + f(n - 2)
}

对于上面这段代码，我们可以这样写：

CtMethod f = new CtMethod(CtClass.intType,"f", new CtClass[]{CtClass.intType}, ctClass);
f.setBody("{if($1 <= 1){" +
" return $1;" +
"}" +
"return f($1 - 1) + f( $1 - 2);}");
f.setModifiers(Modifier.PUBLIC);

编译后的：

public int f(int var1) {
return var1 <= 1 ? var1 : this.f(var1 - 1) + this.f(var1 - 2);
}

那么我们只想在递归到前n次的时候打印log，我们该怎么做呢。

例如，我们下面写的是"$cflow(f) == 1"时

CtMethod f = new CtMethod(CtClass.intType,"f", new CtClass[]{CtClass.intType}, ctClass);
f.setBody("{if($1 <= 1){" +
" return $1;" +
"}" +
"return f($1 - 1) + f( $1 - 2);}");
f.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
//在代码body的前面插入
f.useCflow("f");
f.insertBefore("if($cflow(f) == 1){" +
" System.out.println(\"我执行了，此时的n是：\"+$1);" +
" }");

编译后的代码：

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by FernFlower decompiler)
//
package com.ssdmbbl.javassist;
import javassist.runtime.Cflow;
public class Hello {
public static Cflow _cflow$0 = new Cflow();
public int f(int var1) {
if (_cflow$0.value() == 1) {
System.out.println("我执行到来第2次，此时的n是：" + var1);
}
boolean var6 = false;
int var10000;
try {
var6 = true;
_cflow$0.enter();
if (var1 <= 1) {
var10000 = var1;
var6 = false;
} else {
var10000 = this.f(var1 - 1) + this.f(var1 - 2);
var6 = false;
}
} finally {
if (var6) {
boolean var3 = false;
_cflow$0.exit();
}
}
int var8 = var10000;
_cflow$0.exit();
return var8;
}
public Hello() {
}
}

通过查看源码，发先关键的一个地方是调用了Cflow对象的enter方法：

public static Cflow _cflow$0 = new Cflow();
...
_cflow$0.enter();

点进enter()的内部发现，调用了get().inc()方法：

public class Cflow extends ThreadLocal<Cflow.Depth> {
protected static class Depth {
private int depth;
Depth() { depth = 0; }
int value() { return depth; }
void inc() { ++depth; }
void dec() { --depth; }
}
@Override
protected synchronized Depth initialValue() {
return new Depth();
}
/**
* Increments the counter.
*/
public void enter() { get().inc(); }
/**
* Decrements the counter.
*/
public void exit() { get().dec(); }
/**
* Returns the value of the counter.
*/
public int value() { return get().value(); }
}

而inc()方法控制着一个全局变量的增加操作。

void inc() { ++depth; }

boolean var6 = false;相当于是一个开关，控制着是否开始和结束。

当参数var1<=1时，即结束

if (var1 <= 1) {
var10000 = var1;
var6 = false;
}

我们可以使用反射来验证一下，测试代码如下：

package com.ssdmbbl.javassist;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
/**
* @author zhenghui
* @description:
* @date 2021/4/8 10:20 上午
*/
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InstantiationException, InvocationTargetException {
Class<?> aClass = Class.forName("com.ssdmbbl.javassist.Hello");
//初始化这个类
Object obj = aClass.newInstance();
//获取所有的方法
Method[] methods = aClass.getMethods();
//遍历所有的方法
for (Method method : methods) {
//当方法为f的时候，进行调用
if(method.getName().equals("f")){
//调用并传递参数为5，即f(5)
method.invoke(obj,5);
}
}
}
}