Java字节码增强技术

简单介绍下几种java字节码增强技术。

ASM

ASM是一个Java字节码操控框架，它能被用来动态生成类或者增强既有类的功能。ASM可以直接产生class文件，也可以在类被加载入Java虚拟机之前动态改变类行为。ASM从类文件中读入信息后，能够改变类行为，分析类信息，甚至能够根据用户要求生成新类。

主页：https://asm.ow2.io/index.html

ASM框架中的核心类有以下几个：

　　①  ClassReader：该类用来解析编译过的class字节码文件。

　　②  ClassWriter：该类用来重新构建编译后的类，比如说修改类名、属性以及方法，甚至可以生成新的类的字节码文件。

　　③  ClassAdapter：该类也实现了ClassVisitor接口，它将对它的方法调用委托给另一个ClassVisitor对象。

参考代码：

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

public class GeneratorClass {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //生成一个类只需要ClassWriter组件即可
        ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
        //通过visit方法确定类的头部信息
        cw.visit(Opcodes.V1_5, Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_ABSTRACT+Opcodes.ACC_INTERFACE,
                "com/asm3/Comparable", null, "java/lang/Object", new String[]{"com/asm3/Mesurable"});
        //定义类的属性
        cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,
                "LESS", "I", null, new Integer(-1)).visitEnd();
        cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,
                "EQUAL", "I", null, new Integer(0)).visitEnd();
        cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,
                "GREATER", "I", null, new Integer(1)).visitEnd();
        //定义类的方法
        cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_ABSTRACT, "compareTo",
                "(Ljava/lang/Object;)I", null, null).visitEnd();
        cw.visitEnd(); //使cw类已经完成
        //将cw转换成字节数组写到文件里面去
        byte[] data = cw.toByteArray();
        File file = new File("D://Comparable.class");
        FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);
        fout.write(data);
        fout.close();
    }
}

Javassist

Javassist是一个开源的分析、编辑和创建Java字节码的类库。

它已加入了开放源代码JBoss应用服务器项目，通过使用Javassist对字节码操作为JBoss实现动态"AOP"框架。

主页：http://www.javassist.org/

利用Javassist实现字节码增强时，可以无须关注字节码刻板的结构，其优点就在于编程简单。直接使用java编码的形式，而不需要了解虚拟机指令，就能动态改变类的结构或者动态生成类。其中最重要的是ClassPool、CtClass、CtMethod、CtField这四个类：

• CtClass（compile-time class）：编译时类信息，它是一个class文件在代码中的抽象表现形式，可以通过一个类的全限定名来获取一个CtClass对象，用来表示这个类文件。
• ClassPool：从开发视角来看，ClassPool是一张保存CtClass信息的HashTable，key为类名，value为类名对应的CtClass对象。当我们需要对某个类进行修改时，就是通过pool.getCtClass(“className”)方法从pool中获取到相应的CtClass。
• CtMethod、CtField：这两个比较好理解，对应的是类中的方法和属性。

参考代码：

import javassist.*;

public class CreatePerson {

    public static void createPseson() throws Exception {
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();

        // 1. 创建一个空类
        CtClass cc = pool.makeClass("com.test.javassist.Person");

        // 2. 新增一个字段 private String name;
        // 字段名为name
        CtField param = new CtField(pool.get("java.lang.String"), "name", cc);
        // 访问级别是 private
        param.setModifiers(Modifier.PRIVATE);
        // 初始值是 "xiaoming"
        cc.addField(param, CtField.Initializer.constant("xiaoming"));

        // 3. 生成 getter、setter 方法
        cc.addMethod(CtNewMethod.setter("setName", param));
        cc.addMethod(CtNewMethod.getter("getName", param));

        // 4. 添加无参的构造函数
        CtConstructor cons = new CtConstructor(new CtClass[]{}, cc);
        cons.setBody("{name = "xiaohong";}");
        cc.addConstructor(cons);

        // 5. 添加有参的构造函数
        cons = new CtConstructor(new CtClass[]{pool.get("java.lang.String")}, cc);
        // $0=this / $1,$2,$3... 代表方法参数
        cons.setBody("{$0.name = $1;}");
        cc.addConstructor(cons);

        // 6. 创建一个名为printName方法，无参数，无返回值，输出name值
        CtMethod ctMethod = new CtMethod(CtClass.voidType, "printName", new CtClass[]{}, cc);
        ctMethod.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
        ctMethod.setBody("{System.out.println(name);}");
        cc.addMethod(ctMethod);

        //这里会将这个创建的类对象编译为.class文件
        cc.writeFile("/Users/yangyue/workspace/springboot-learn/java-agent/src/main/java/");
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            createPseson();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Byte Buddy

Byte Buddy是一个代码生成和操作库，用于在Java应用程序运行时创建和修改Java类，而无需编译器的帮助。
除了Java类库附带的代码生成实用程序外，Byte Buddy还允许创建任意类，并且不限于实现用于创建运行时代理的接口。
此外，Byte Buddy提供了一种方便的API，可以使用Java代理或在构建过程中手动更改类。

主页：https://bytebuddy.net/#/

参考代码：

Class<?> dynamicType = new ByteBuddy()
  .subclass(Object.class)
  .method(ElementMatchers.named("toString"))
  .intercept(FixedValue.value("Hello World!"))
  .make()
  .load(getClass().getClassLoader())
  .getLoaded();
 
assertThat(dynamicType.newInstance().toString(), is("Hello World!"));

JVM-SANDBOX

JVM沙箱容器，一种JVM的非侵入式运行期AOP解决方案：

1. 动态增强类你所指定的类，获取你想要的参数和行信息甚至改变方法执行。
2. 动态可插拔容器框架。

主页：https://github.com/alibaba/jvm-sandbox

参考：

https://www.jianshu.com/p/b72f66da679f

https://tech.meituan.com/2019/09/05/java-bytecode-enhancement.html