Java動態編程初探

時間 2019-11-06

標籤 java 動態編程初探欄目 Java 简体版

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做者簡介html

傳恆，一個喜歡攝影和旅遊的軟件工程師，前後從事餓了麼物流蜂鳥自配送和蜂鳥衆包的開發，如今轉戰 Java，目前負責物流策略組分流相關業務的開發。java

什麼是動態編程

動態編程是相對於靜態編程而言的，平時咱們討論比較多的靜態編程語言例如Java，與動態編程語言例如JavaScript相比，兩者有什麼明顯的區別呢？簡單的說就是在靜態編程中，類型檢查是在編譯時完成的，而動態編程中類型檢查是在運行時完成的，所謂動態編程就是繞過編譯過程在運行時進行操做的技術。編程

動態編程使用場景

經過配置生成代碼，減小重複編碼，下降維護成本。
AOP的一種實現方式，方便實現性能監控和分析，日誌，事務，權限校驗等。
實現新語言的語義，例如Groovy使用ASM生成字節碼。
單元測試中動態mock測試依賴。

在Java中有以下幾種方式實現動態編程：

反射

咱們經常使用到的動態特性主要是反射，在運行時查找對象的屬性和方法，修改做用域，經過方法名稱調用方法等。在線的應用不建議頻繁使用反射，由於反射的性能開銷較大。服務器

動態代理

在java的java.lang.reflect包下提供了一個Proxy類和一個InvocationHandler接口，經過這個類和這個接口能夠生成JDK動態代理類和動態代理對象。架構

動態編譯

動態編譯是從Java 6開始支持的，主要是經過一個JavaCompiler接口來完成的。經過這種方式咱們能夠直接編譯一個已經存在的java文件，也能夠在內存中動態生成Java代碼，動態編譯執行。框架

調用Java Script引擎

Java 6加入了對Script(JSR223)的支持。這是一個腳本框架，提供了讓腳本語言來訪問Java內部的方法。你能夠在運行的時候找到腳本引擎，而後調用這個引擎去執行腳本，這個腳本API容許你爲腳本語言提供Java支持。編程語言

動態生成字節碼

操做java字節碼的工具備BECL/ASM/CGLIB/Javassist，其中有兩個比較流行的，一個是ASM，一個是Javassist。 ASM直接操做字節碼指令，執行效率高，要求使用者掌握Java類字節碼文件格式及指令，對使用者的要求比較高。 Javassist提供了更高級的API，執行效率相對較差，但無需掌握字節碼指令的知識，對使用者要求較低，因此接下來咱們重點講講Javassist。編輯器

Javassist

Javassist是一個開源的分析、編輯和建立Java字節碼的類庫。它是由東京工業大學的數學和計算機科學系的 Shigeru Chiba (千葉滋) 所建立的，目前已經加入到開放源代碼JBoss應用服務器項目，JBoss經過使用Javassist對字節碼進行操做，實現動態AOP框架。

Javassist(Java Programming Assistant) 使對Java字節碼的操做變得簡單，它使Java程序可以在運行時定義新類，而且能夠在JVM加載時修改類文件。與其它相似的字節碼編輯器不一樣，它提供兩個級別的API：源級別和字節碼級別。若是用戶使用源級別API，他們能夠在不知道Java字節碼規範的狀況下編輯類文件。整個API僅使用Java語言的詞彙表進行設計，你甚至可使用Java源代碼的方式插入字節碼。另外，用戶也可使用字節碼級別的API去直接編輯類文件。工具

// ClassPool 是 CtClass 對象的容器，存儲着CtClass的Hash表。它按需讀取類文件來構造CtClass對象，而且保存CtClass對象以便以後使用
ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();
// CtClass 表示一個class文件，一個 GtClass(compile-time class)對象用來處理一個class文件，下面是從classpath中查找該類
CtClass ctClass = classPool.get("test.config.ConfigHandle");
// 通知編輯器去尋找對應的包
classPool.importPackage("org.mockito.Mockito");
classPool.importPackage("test.adapter.ext.IDowngrade");
classPool.importPackage("test.utils.property.IProperties");
// 使用removeField() removeMethod() 去刪除對應的屬性和方法
ctClass.removeField(ctClass.getDeclaredField("serviceHandle"));
ctClass.removeField(ctClass.getDeclaredField("switchHandle"));
ctClass.removeField(ctClass.getDeclaredField("configHandle"));
// CtMethod 和 CtConstructor 提供了 setBody() 方法去修改方法體
CtConstructor ctConstructor = ctClass.getDeclaredConstructors()[0];
ctConstructor.setBody("{this.mySwitch = Mockito.mock(IDowngrade.class);\n" +
    " this.myConfig = Mockito.mock(IProperties.class);}");
// toClass() 請求當前線程的 ClassLoader 去加載 CtClass 所表明的類文件
ctClass.toClass();
//輸出成二進制格式
//byte[] b = ctClass.toBytecode();
//輸出class文件到目錄中
//ctClass.writeFile("/tmp");

複製代碼

ClassPool是CtClass對象的容器，由於編譯器在編譯引用CtClass表明的Java類的源代碼時，可能會引用CtClass對象，因此一旦一個CtClass被建立，它就被保存在ClassPool中。性能

若是事先知道要修改哪些類，修改類的最簡單方法以下：

1. 調用 ClassPool.get() 獲取 CtClass 對象
1. 修改對象
1. 調用 CtClass 對象的 writeFile() 或者 toBytecode() 得到修改過的類文件。

若是須要定義一個新類，只須要

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = pool.makeClass("HelloWorld");
複製代碼

凍結classes

若是一個 CtClass 對象經過 writeFile(), toClass(), toBytecode()被轉換成一個類文件，該CtClass對象會被凍結起來，不容許再修改，由於一個類只能被JVM加載一次。

CtClasss cc = ...;
    :
cc.writeFile();
cc.defrost();
cc.setSuperclass(...);    // 類已經被解凍
複製代碼

Class 搜索路徑：

經過 ClassPool.getDefault() 獲取的ClassPool默認使用JVM的類搜索路徑。若是程序運行在JBoss或者Tomcat等Web服務器上，ClassPool可能沒法找到用戶本身定義的類，由於這種Web服務器使用多個類加載器做爲系統類加載器。在這種狀況下，ClassPool必須添加額外的類搜索路徑。

pool.insertClassPath(new ClassClassPath(this.getClass())); // 當前的類使用的類路徑，註冊到類搜索路徑
pool.insertClassPath("/usr/local/javalib"); // 添加目錄 /usr/local/javalib 到類搜索路徑
ClassPath cp = new URLClassPath("www.javassist.org", 80, "/java/", "org.javassist.");
pool.insertClassPath(cp); // 註冊URL到搜索路徑
複製代碼

在Java中，多個類加載器是能夠共存的。每一個類加載器建立了本身的命名空間，不一樣的類加載器能夠加載具備相同類名的不一樣類文件，被加載的類也會被視爲不一樣的類。此功能使咱們可以在單個JVM上面運行多個應用程序，即便這些程序包含具備相同名稱的類。

注意，JVM不容許動態從新加載類，一旦類加載器加載了一個類，就不能再在運行時從新加載該類的其它版本。所以，在JVM加載類以後，就不能再更改該類的定義。可是，JPDA（Java平臺調試器架構）提供有限的從新加載類的能力，若是相同的類文件由兩個不一樣的類加載器加載，則JVM內會建立兩個具備相同名稱可是定義的不一樣的類。因爲兩個類不相同，因此一個類的實例不能被分配給另外一個類的變量，兩個類之間的轉換操做也會失敗而且拋出一個ClassCastException異常。