Javassist 字节码语法 MD

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Javassist 字节码反编译语法 MD

简介

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 参考

Java bytecode engineering toolkit since 1999

Javassist（Java Programming Assistant）使Java字节码操作变得简单。它是一个用于在Java中编辑字节码的类库；它使Java程序能够在运行时定义新类，并在JVM加载时修改类文件。

与其他类似的字节码编辑器不同，Javassist提供两个级别的API：源级别和字节码级别。如果用户使用源级API，他们可以在不了解Java字节码规范的情况下编辑class文件。整个API仅使用Java语言的词汇表进行设计。您甚至可以以源文本的形式指定插入的字节码; Javassist即时编译它。另一方面，字节码级API允许用户直接编辑class文件作为其他编辑器。

语法

Class 搜索路径

Class 的载入是依靠 ClassPool，而 ClassPool.getDefault() 方法的搜索 Classpath 只是搜索 JVM 的同路径下的 class。当一个程序运行在 JBoss 或者 Tomcat 下，ClassPool Object 可能找到用户的 classes。Javassist 提供了四种动态加载classpath的方法。如下

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();

//默认加载方式如 pool.insertClassPath(new ClassClassPath(this.getClass()));
pool.insertClassPath("D:/test/gson-2.8.1.jar");//从文件加载
pool.insertClassPath(new URLClassPath("www.javassist.org", 80, "/java/", "org.javassist."));//从URL中加载
pool.insertClassPath(new ByteArrayClassPath("name", new byte[0]));//从byte[] 中加载

CtClass cc = cp.makeClass(inputStream);//可以从输入流中加载class

读取和输出字节码

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = pool.get("test.Rectangle"); //会从classpath中查询该类
cc.setSuperclass(pool.get("test.Point"));//设置Rectangle的父类
cc.writeFile("c://");//输出Rectangle.class文件到该目录中
//byte[] b=cc.toBytecode(); //输出成二进制格式
//Class clazz=cc.toClass();//输出并加载class 类，默认加载到当前线程的ClassLoader中，也可以选择输出的ClassLoader

这里可以看出，Javassist 的加载是依靠 ClassPool 类，输出方式支持三种。

冻结Class

当 CtClass 调用 writeFile()、toClass()、toBytecode() 这些方法的时候，Javassist 会冻结 CtClass Object，对 CtClass object 的修改将不允许。这个主要是为了警告开发者该类已经被加载，而 JVM 是不允许重新加载该类的。如果要突破该限制，方法如下：

CtClasss cc = ...;
//...
cc.writeFile();
cc.defrost();
cc.setSuperclass(...);    // OK since the class is not frozen.

当 ClassPool.doPruning=true 的时候，Javassist 在 CtClass object 被冻结时，会释放存储在 ClassPool 对应的数据。这样做可以减少 javassist 的内存消耗。默认情况ClassPool.doPruning=false。例如：

CtClasss cc = ...;
cc.stopPruning(true);
cc.writeFile();
// cc没有被释放

提示：当调试时，可以调用 debugWriteFile()，该方法不会导致 CtClass 被释放。

ClassPool

减少内存溢出

ClassPool 是一个 CtClass objects 的装载容器，当加载了 CtClass object 后，是不会被 ClassPool 释放的（默认情况下），这个是因为 CtClass object 有可能在下个阶段会被用到，当加载过多的 CtClass object 的时候，会造成 OutOfMemory 的异常。为了避免这个异常，javassist 提供几种方法，一种是在上面提到的 ClassPool.doPruning 这个参数，还有一种方法是调用 CtClass.detach() 方法，可以把 CtClass object 从 ClassPool 中移除。例如：

CtClass cc = ... ;
cc.writeFile();
cc.detach();

另外一种方法是不用默认的 ClassPool 即不用 ClassPool.getDefault() 这个方式来生成，这样当 ClassPool 没被引用的时候，JVM 的垃圾收集会收集该类。例如

ClassPool cp = new ClassPool(true); //ClassPool(true) 会默认加载Jvm的ClassPath
// if needed, append an extra search path by appendClassPath()

级联ClassPools

javassist 支持级联的 ClassPool，即类似于继承。例如：

ClassPool parent = ClassPool.getDefault();
ClassPool child = new ClassPool(parent);
child.insertClassPath("./classes");

修改已有Class的name以创建一个新的Class

当调用 setName 方法时，会直接修改已有的 Class 的类名，如果再次使用旧的类名，则会重新在 classpath 路径下加载。例如：

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = pool.get("Point");
cc.setName("Pair");
CtClass cc1 = pool.get("Point"); //重新在 classpath 加载

对于一个被冻结(Frozen)的 CtClass object ，是不可以修改 class name 的，如果需要修改，则可以重新加载，例如：

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = pool.get("Point");
cc.writeFile(); // has frozened
//cc.setName("Pair");//wrong since writeFile() has been called.
CtClass cc2 = pool.getAndRename("Point", "Pair");

Class loader

上面也提到，javassist 同个 Class 是不能在同个 ClassLoader 中加载两次的，所以在输出 CtClass 的时候需要注意下，例如：

// 当Hello未加载的时候，下面是可以运行的。
ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = cp.get("Hello");
Class c = cc.toClass();

//下面这种情况，由于Hello2已加载，所以会出错
Hello2 h = new Hello2();
CtClass cc2 = cp.get("Hello2");
Class c2 = cc.toClass();//这里会抛出java.lang.LinkageError 异常

//解决加载问题，可以指定一个未加载的ClassLoader
Class c3 = cc.toClass(new MyClassLoader());

使用 javassist.Loader

从上面可以看到，如果在同一个 ClassLoader 加载两次 Class 抛出异常，为了方便，javassist 也提供一个 Classloader 供使用，例如

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass ct = pool.get("test.Rectangle");
ct.setSuperclass(pool.get("test.Point"));

Loader cl = new Loader(pool);
Class c = cl.loadClass("test.Rectangle");
Object rect = c.newInstance();

为了方便监听 Javassist 自带的 ClassLoader 的生命周期，javassist 也提供了一个 listener，可以监听 ClassLoader 的生命周期，例如：

public  interface Translator {
    void start(ClassPool paramClassPool) throws NotFoundException, CannotCompileException;
    void onLoad(ClassPool paramClassPool, String paramString) throws NotFoundException, CannotCompileException;
}

Loader cl = new Loader();
cl.addTranslator(ClassPool, Translator);

修改系统Class

由JVM规范可知，system classloader 是比其他 classloader 是优先加载的，而 system classloader 主要是加载系统 Class，所以要修改系统 Class，如果默认参数运行程序是不可能修改的，如果需要修改也有一些办法，即在运行时加入-Xbootclasspath/p:，参数的意义可以参考其他文件。下面修改 String 的例子如下：

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
CtClass cc = pool.get("java.lang.String");
CtField f = new CtField(CtClass.intType, "hiddenValue", cc);
f.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
cc.addField(f);
cc.writeFile(".");

动态重载Class

如果JVM运行时开启JPDA（Java Platform Debugger Architecture），则Class是运行被动态重新载入的。具体方式可以参考java.lang.Instrument。javassist也提供了一个运行期重载Class的方法，具体可以看API 中的 javassist.tools.HotSwapper。

Introspection 和定制

javassist封装了很多很方便的方法以供使用，大部分使用只需要用这些API即可，如果不能满足，Javassist 也提供了一个低层的 API（具体参考 javassist.bytecode 包）来修改原始的Class。

插入 source 文本在方法体前或者后

CtMethod 和 CtConstructor 提供了 insertBefore()、insertAfter() 和 addCatch() 方法，它们可以插入一个 souce 文本到存在的方法的相应的位置。

javassist 包含了一个简单的编译器解析这 souce 文本成二进制插入到相应的方法体里。javassist 还支持插入一个代码段到指定的行数，前提是该行数需要在 class 文件里含有。插入的 source 可以关联 fields 和 methods，也可以关联方法的参数。但是关联方法参数的时，需要在程序编译时加上 -g 选项（该选项可以把本地变量的声明保存在 class 文件中，默认是不加这个参数的）。因为默认一般不加这个参数，所以 Javassist 也提供了一些特殊的变量来代表方法参数：$1,$2,$args...要注意的是，插入的 source 文本中不能引用方法本地变量的声明，但是可以允许声明一个新的方法本地变量，除非在程序编译时加入-g选项。

方法的特殊变量说明：

变量	代表的意义
`$0`	this
`$1` `$2`...	actual parameters, `$n`代表是方法参数的第n个
`$args`	An array of parameters 方法所有参数的数组
`$$`	All actual parameters 所有方法参数的简写
`$cflow(...)`	cflow variable 方法调用的深度
`$r`	The result type 方法返回值的类型
`$w`	The wrapper type 包装类型
`$_`	The resulting value 方法的返回值
`$sig`	方法参数的类型数组，数组的顺序为参数的顺序
`$type`	方法返回值的类型
`$class`	this 的类型，也就是`$0`的类型

类型简介

$n

$0代码的是this，$1代表方法参数的第一个参数、$2代表方法参数的第二个参数，以此类推。例如实际方法：

void move(int dx, int dy)

在此方法前打印两个参数的值：

CtMethod m = cc.getDeclaredMethod("move"); //不指定参数时会修改此类中所有方法名为 move 的方法
m.insertBefore("{ System.out.println($1); System.out.println($2); }");//打印dx，和dy

$args

$args 指的是方法所有参数的数组，类似Object[]，如果参数中含有基本类型，则会转成其包装类型。需要注意的时候，$args[0]对应的是$1,而不是$0。

$$

$$是所有方法参数的简写，主要用在方法调用上。
For example, m($$) is equivalent to m($1,$2,...)，
例如原方法 move(String a,String b)
则 move($$) 相当于move($1,$2)
如果新增一个方法，方法含有move的所有参数，则可以这么写：exMove($$, context) ，相当于 exMove($1, $2, context)

$cflow

$cflow意思为控制流(control flow)，是一个只读的变量，值为一个方法调用的深度。例如：

//原方法
int fact(int n) {
    if (n <= 1) return n;
    else return n * fact(n - 1);
}

//javassist调用
CtMethod cm = ...;
cm.useCflow("fact");//这里代表使用了cflow
//这里用了cflow，说明当深度为0的时候，就是开始当第一次调用fact的方法的时候，打印方法的第一个参数
cm.insertBefore("if ($cflow(fact) == 0)"
              + "    System.out.println("fact " + $1);");

$r

$r指的是方法返回值的类型，主要用在类型的转型上。例如：

Object result = ... ;
$_ = ($r)result;

如果返回值为基本类型的包装类型，则该值会自动转成基本类型；如返回值为Integer，则该值为int；如果返回值为void，则该值为null

$w代表一个包装类型，主要用在转型上。比如：Integer i = ($w)5; 如果该类型不是基本类型，则会忽略。
$sig指的是方法参数的类型（Class）数组，数组的顺序为参数的顺序。An array of java.lang.Class objects representing the formal parameter types
$class 指的是this的类型（Class）。也就是$0的类型。A java.lang.Class object representing the class currently edited.

addCatch()

addCatch() 指的是在方法中加入 try catch 块，需要注意的是，必须在插入的代码中加入 return 值。$e代表异常值。比如：

CtMethod m = ...;
CtClass etype = ClassPool.getDefault().get("java.io.IOException");
m.addCatch("{ System.out.println($e); throw $e; }", etype);

实际代码如下：

try {
    //the original method body
} catch (java.io.IOException e) {
    System.out.println(e);
    throw e;
}

修改方法体

CtMethod 和CtConstructor 提供了 setBody() 的方法，可以替换方法或者构造函数里的所有内容。

变量	代表的意义
`$0, $1, $2`	this and actual parameters
$a r g s \| A n a r r a y o f p a r a m e t e r s . T h e t y p e o f$ args is Object[].
$\| A l l a c t u a l p a r a m e t e r s . F o r e x a m p l e, m ($ ) is equivalent to m( $1,$ 2,...)
`$cflow(...)`	cflow variable
$r	The result type. It is used in a cast expression.
$w	The wrapper type. It is used in a cast expression.
$sig	An array of java.lang.Class objects representing the formal parameter types
$type	A java.lang.Class object representing the formal result type.
$class	A java.lang.Class object representing the class currently edited.

注意 $_变量(方法的返回值)不支持。

替换方法中存在的 source

javassist 允许修改方法里的其中一个表达式，javassist.expr.ExprEditor 这个class 可以替换该表达式。例如：

CtMethod cm = ..;
cm.instrument(new ExprEditor() {
    @Override
    public void edit(MethodCall m) throws CannotCompileException {
        if (m.getClassName().equals("Point") && m.getMethodName().equals("move")) {
            m.replace("{ $1 = 0; $_ = $proceed($$); }");
        }
    }
});

注意：替换代码不是表达式而是语句或块。它不能或包含try-catch语句。

方法instrument()可以用来搜索方法体里的内容，比如调用一个方法，field访问，对象创建等。如果你想在某个表达式前后插入方法，则修改的souce如下：

{ before-statements;
  $_ = $proceed($$);
  after-statements; }

MethodCall

MethodCall 代表的是一个方法的调用。用replace()方法可以对调用的方法进行替换。

变量	代表的意义
$0	The target object of the method call.
`$1, $2`	The parameters of the method call.
$_	The resulting value of the method call.
$r	The result type of the method call.
$class	A java.lang.Class object representing the class declaring the method.
$sig	An array of java.lang.Class objects representing the formal parameter types
$type	A java.lang.Class object representing the formal result type.
$proceed	The name of the method originally called in the expression.

注意：$w, $args 和 $$也是允许的。$0不是this，是只调用方法的Object。$proceed指的是一个特殊的语法，而不是一个String。

$0 is not equivalent to this, which represents the caller-side this object.
$0 is null if the method is static.

ConstructorCall

ConstructorCall 指的是一个构造函数，比如：this()、super()的调用。ConstructorCall.replace()是用来用替换一个块当调用构造方法的时候。

变量	代表的意义
$0	The target object of the constructor call. This is equivalent to this.
`$1, $2`	The parameters of the constructor call.
$class	A java.lang.Class object representing the class declaring the constructor.
$sig	An array of java.lang.Class objects representing the formal parameter types.
$proceed	The name of the constructor originally called in the expression.

$w, $args 和 $$ 也是允许的。

FieldAccess

FieldAccess 代表的是 Field 的访问类。

变量	代表的意义
$0	The object containing the field accessed by the expression.
`$1`	The value that would be stored in the field if the expression is write access. Otherwise, $1 is not available.
$_{\|} T h e r e s u l t i n g v a l u e o f t h e f i e l d a c c e s s i f t h e e x p r e s s i o n i s r e a d a c c e s s . O t h e r w i s e, t h e v a l u e s t o r e d i n$ _ is discarded.
$r \| T h e t y p e o f t h e f i e l d i f t h e e x p r e s s i o n i s r e a d a c c e s s . O t h e r w i s e,$ r is void.
$class	A java.lang.Class object representing the class declaring the field.
$type	A java.lang.Class object representing the field type.
$proceed	The name of a virtual method executing the original field access. .

$w, $args 和 $$ 也是允许的。

$0 is not equivalent to this.
this represents the object that the method including the expression is invoked on.
$0 is null if the field is static.

NewExpr

NewExpr 代表的是一个 Object 的操作(但不包括数组的创建)。

变量	代表的意义
$0	null
`$1, $2`	The parameters to the constructor.
$_	The resulting value of the object creation. A newly created object must be stored in this variable.
$r	The type of the created object.
$sig	An array of java.lang.Class objects representing the formal parameter types
$type	A java.lang.Class object representing the class of the created object.
$proceed	The name of a virtual method executing the original object creation. .

$w, $args 和 $$ 也是允许的。

NewArray

NewArray 代表的是数组的创建。

变量	代表的意义
$0	null
`$1, $2`	The size of each dimension.
$_	The resulting value of the object creation. A newly created array must be stored in this variable.
$r	The type of the created object.
$type	A java.lang.Class object representing the class of the created array .
$proceed	The name of a virtual method executing the original array creation. .

$w, $args 和 $$ 也是允许的。

Instanceof

Instanceof 代表的是 Instanceof 表达式。

变量	代表的意义
$0	null
$1	The value on the left hand side of the original instanceof operator.
$_{\|} T h e r e s u l t i n g v a l u e o f t h e e x p r e s s i o n . T h e t y p e o f$ _ is boolean.
$r	The type on the right hand side of the instanceof operator.
$type	A java.lang.Class object representing the type on the right hand side of the instanceof operator.
$proceed	The name of a virtual method executing the original instanceof expression.

$proceed

It takes one parameter (the type is java.lang.Object) and returns true
if the parameter value is an instance of the type on the right hand side of
the original instanceof operator. Otherwise, it returns false.

$w, $args 和 $$ 也是允许的。

Cast

Cast 代表的是一个转型表达式。

变量	代表的意义
$0	null
$1	The value the type of which is explicitly cast.
$_	The resulting value of the expression.
$r	the type after the explicit casting, or the type surrounded by ( ).
$t y p e \| A j a v a . l a n g . C l a s s o b j e c t r e p r e s e n t i n g t h e s a m e t y p e a s$ r.
$proceed	The name of a virtual method executing the original type casting.

$_：The type of $_ is the same as the type after the explicit casting, that is, the type surrounded by ( ).
$proceed：It takes one parameter of the type java.lang.Object and returns it after the explicit type casting specified by the original expression.

$w, $args 和 $$ 也是允许的。

Handler

Handler 代表的是一个 try catch 声明。

变量	代表的意义
$1	The exception object caught by the catch clause.
$r	the type of the exception caught by the catch clause. It is used in a cast expression.
$w	The wrapper type. It is used in a cast expression.
$type	A java.lang.Class object representing

the type of the exception caught by the catch clause. |

新增一个方法或者field

Javassist 允许开发者创建一个新的方法或者构造方法，例如：

CtClass point = ClassPool.getDefault().get("Point");
CtMethod m = CtNewMethod.make("public int xmove(int dx) { x += dx; }", point);
point.addMethod(m);//新增方法

在方法中调用其他方法，例如：

CtClass point = ClassPool.getDefault().get("Point");
CtMethod m = CtNewMethod.make("public int ymove(int dy) { $proceed(0, dy); }", point, "this", "move");

其效果如下：

public int ymove(int dy) {
    this.move(0, dy);
}

下面是 javassist 提供另一种新增一个方法，您可以先创建一个抽象方法，然后再给它一个方法体：

CtClass cc = ... ;
CtMethod m = new CtMethod(CtClass.intType, "move", new CtClass[] { CtClass.intType }, cc);
cc.addMethod(m);
m.setBody("{ x += $1; }");
cc.setModifiers(cc.getModifiers() & ~Modifier.ABSTRACT);

如果将抽象方法添加到类中，Javassist 会使类抽象化，则必须在调用 setBody 之后将类显式更改回非抽象类。

Since Javassist makes a class abstract if an abstract method is added to the class, you have to explicitly change the class back to a non-abstract one after calling setBody().

递归方法

CtClass cc = ... ;
CtMethod m = CtNewMethod.make("public abstract int m(int i);", cc);
CtMethod n = CtNewMethod.make("public abstract int n(int i);", cc);
cc.addMethod(m);
cc.addMethod(n);
m.setBody("{ return ($1 <= 0) ? 1 : (n($1 - 1) * $1); }");
n.setBody("{ return m($1); }");
cc.setModifiers(cc.getModifiers() & ~Modifier.ABSTRACT);

新增field

CtClass point = ClassPool.getDefault().get("Point");
CtField f = new CtField(CtClass.intType, "z", point);
point.addField(f); //新增Field
//point.addField(f, "0");// initial value is 0.

或者：

CtClass point = ClassPool.getDefault().get("Point");
CtField f = CtField.make("public int z = 0;", point);
point.addField(f);

移除方法或者field

调用removeField()或者removeMethod()。

注解

public @interface Author {
    String name();
    int year();
}

获取注解信息：

CtClass cc = ClassPool.getDefault().get("Point");
Object[] all = cc.getAnnotations(); //获取注解信息：
Author a = (Author)all[0];
System.out.println("name: " + a.name() + ", year: " + a.year());

引用包 import

ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
pool.importPackage("java.awt"); //引用包
CtClass cc = pool.makeClass("Test");
CtField f = CtField.make("public Point p;", cc);
cc.addField(f);

限制

不支持 java5.0 的新增语法。不支持注解修改，但可以通过底层的 javassist 类来解决，具体参考：javassist.bytecode.annotation
不支持数组的初始化，如String[]{"1","2"}，除非只有数组的容量为1
不支持内部类和匿名类
不支持 continue 和 btreak 表达式。
对于继承关系，有些不支持。例如

class A {} 
class B extends A {} 
class C extends B {} 

class X { 
    void foo(A a) { .. } 
    void foo(B b) { .. } 
}

如果调用 x.foo(new C())，可能会调用 foo(A) 。

推荐开发者用#分隔一个 class name 和 static method 或者 static field。例如：
javassist.CtClass.intType.getName()
推荐用
javassist.CtClass#intType.getName()

2019-1-7

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原文地址：https://www.cnblogs.com/baiqiantao/p/10231237.html

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简介

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Class 搜索路径

读取和输出字节码

冻结Class

ClassPool

减少内存溢出

级联ClassPools

修改已有Class的name以创建一个新的Class

Class loader

使用 javassist.Loader

修改系统Class

动态重载Class

Introspection 和定制

插入 source 文本在方法体前或者后

类型简介

addCatch()

修改方法体

替换方法中存在的 source

MethodCall

ConstructorCall

FieldAccess

NewExpr

NewArray

Instanceof

Cast

Handler

新增一个方法或者field

递归方法

新增field

移除方法或者field

注解

引用包 import

限制

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