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如何动态生成一个Java类

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王小明_HIT
发布2020-07-01 14:57:54
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发布2020-07-01 14:57:54
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如何动态生成一个Java类

开发者编写Java 代码,调用 javac 编译生成 class 文件。然后通过类加载机制载入 JVM ,即成为了应用可以使用的 Java 类。

可以写一个编译类编译 java 代码:

import java.io.File;
import java.io.FileWriter;
import java.lang.reflect.Method;

import javax.tools.JavaCompiler;
import javax.tools.JavaCompiler.CompilationTask;
import javax.tools.StandardJavaFileManager;
import javax.tools.ToolProvider;
/**
 * 动态生成类以及编译,JDK版本必须要在1.6,或者1.6以上
 */
public class CompilerTest {
 
    //回车加换行符
    static String rt = "\r\n";
    //生成类的源文件,写成字符串的形式
    static String src =
        "package com.test;"+
        "public class HelloWorld  {" + rt +
        "    public static void main(String[] args) {" + rt +
        "         System.out.println(\"Hello world!\");" + rt +
        "    }" + rt +
        "}";
   
    public static void main (String[] args) throws Exception {
 
        //写文件,目录可以自己定义
        String filename = System.getProperty ("user.dir") + "/src/HelloWorld.java";
        //System.out.println (filename);
        File file = new File (filename);
        FileWriter fw = new FileWriter (file);
        fw.write(src);
        fw.flush();
        fw.close();
 
        //编译文件,调用jdk本身的工具
        JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
        System.out.println(compiler.getClass().getName());
 
        StandardJavaFileManager sjfm = compiler.getStandardFileManager (null, null, null);
        Iterable units = sjfm.getJavaFileObjects (filename);
        CompilationTask ct = compiler.getTask (null, sjfm, null, null, null, units);
        // 动态编译可执行的代码
        ct.call();
        Class<?> clazz = Class.forName("com.test.HelloWorld");
        try {
            // 生成对象
            Object obj = clazz.newInstance();
            Class<? extends Object> cls = obj.getClass();
            // 调用main方法
            Method m = clazz.getMethod("main",String[].class);
            Object invoke = m.invoke(obj, new Object[] { new String[] {} });
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        sjfm.close();
    }
}

字节码如何转换成Class 对象

类加载过程,这一步是通过 defineClass 方法实现的。将字节码转换成 Class 对象。defineClass 最终都是本地代码实现的。

protected fnal Class<?> defneClass(String name, byte[] b, int of, int len,ProtectionDomain protectionDomain)
protected fnal Class<?> defneClass(String name, java.nio.ByteBufer b,ProtectionDomain protectionDomain)

JDK Proxy的实现

JDK dynamic Proxy,JDK动态代理的实现逻辑在 ProxyBuilder 这个静态内部类中 ,ProxyGenerator 生成字节码,并 byte 数组的形式保存,然后通过调用 Unsafe 提供的 defineClass 入库。

byte[] proxyClassFile = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyName, interfaces.toArray(EMPTY_CLASS_ARRAY), accessFlags);
try {
    Class<?> pc = UNSAFE.defneClass(proxyName, proxyClassFile,
0, proxyClassFile.length,loader, null);
    reverseProxyCache.sub(pc).putIfAbsent(loader, Boolean.TRUE);
    return pc;
} catch (ClassFormatError e) {
    // 如果出现ClassFormatError,很可能是输入参数有问题,比如, ProxyGenerator有bug
  • http://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk/file/29169633327c/src/java.base/share/classes/java/lang/reflect/Proxy.java

JDK 动态代理是如何生成字节码的?

主要通过 java.lang.reflect.ProxyGenerator 的内部实现。

private byte[] generateClassFile() {
  //第一步, 将所有的方法组装成ProxyMethod对象
  //首先为代理类生成toString, hashCode, equals等代理方法
  addProxyMethod(hashCodeMethod, Object.class);
  addProxyMethod(equalsMethod, Object.class);
  addProxyMethod(toStringMethod, Object.class);
  //遍历每一个接口的每一个方法, 并且为其生成ProxyMethod对象
  for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
    Method[] methods = interfaces[i].getMethods();
    for (int j = 0; j < methods.length; j++) {
      addProxyMethod(methods[j], interfaces[i]);
    }
  }
  //对于具有相同签名的代理方法, 检验方法的返回值是否兼容
  for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
    checkReturnTypes(sigmethods);
  }
   
  //第二步, 组装要生成的class文件的所有的字段信息和方法信息
  try {
    //添加构造器方法
    methods.add(generateConstructor());
    //遍历缓存中的代理方法
    for (List<ProxyMethod> sigmethods : proxyMethods.values()) {
      for (ProxyMethod pm : sigmethods) {
        //添加代理类的静态字段, 例如:private static Method m1;
        fields.add(new FieldInfo(pm.methodFieldName,
            "Ljava/lang/reflect/Method;", ACC_PRIVATE | ACC_STATIC));
        //添加代理类的代理方法
        methods.add(pm.generateMethod());
      }
    }
    //添加代理类的静态字段初始化方法
    methods.add(generateStaticInitializer());
  } catch (IOException e) {
    throw new InternalError("unexpected I/O Exception");
  }
   
  //验证方法和字段集合不能大于65535
  if (methods.size() > 65535) {
    throw new IllegalArgumentException("method limit exceeded");
  }
  if (fields.size() > 65535) {
    throw new IllegalArgumentException("field limit exceeded");
  }
 
  //第三步, 写入最终的class文件
  //验证常量池中存在代理类的全限定名
  cp.getClass(dotToSlash(className));
  //验证常量池中存在代理类父类的全限定名, 父类名为:"java/lang/reflect/Proxy"
  cp.getClass(superclassName);
  //验证常量池存在代理类接口的全限定名
  for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
    cp.getClass(dotToSlash(interfaces[i].getName()));
  }
  //接下来要开始写入文件了,设置常量池只读
  cp.setReadOnly();
   
  ByteArrayOutputStream bout = new ByteArrayOutputStream();
  DataOutputStream dout = new DataOutputStream(bout);
  try {
    //1.写入魔数
    dout.writeInt(0xCAFEBABE);
    //2.写入次版本号
    dout.writeShort(CLASSFILE_MINOR_VERSION);
    //3.写入主版本号
    dout.writeShort(CLASSFILE_MAJOR_VERSION);
    //4.写入常量池
    cp.write(dout);
    //5.写入访问修饰符
    dout.writeShort(ACC_PUBLIC | ACC_FINAL | ACC_SUPER);
    //6.写入类索引
    dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(className)));
    //7.写入父类索引, 生成的代理类都继承自Proxy
    dout.writeShort(cp.getClass(superclassName));
    //8.写入接口计数值
    dout.writeShort(interfaces.length);
    //9.写入接口集合
    for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {
      dout.writeShort(cp.getClass(dotToSlash(interfaces[i].getName())));
    }
    //10.写入字段计数值
    dout.writeShort(fields.size());
    //11.写入字段集合 
    for (FieldInfo f : fields) {
      f.write(dout);
    }
    //12.写入方法计数值
    dout.writeShort(methods.size());
    //13.写入方法集合
    for (MethodInfo m : methods) {
      m.write(dout);
    }
    //14.写入属性计数值, 代理类class文件没有属性所以为0
    dout.writeShort(0);
  } catch (IOException e) {
    throw new InternalError("unexpected I/O Exception");
  }
  //转换成二进制数组输出
  return bout.toByteArray();
}
  • http://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk/file/29169633327c/src/java.base/share/classes/java/lang/reflect/ProxyGenerator.java
  • https://docs.oracle.com/javase/9/docs/api/java/io/DataOutputStream.html

JDK 动态代理的实现

  • 提供一个基础的接口,作为调用类型和代理类之间的统一入库。如 com.test.Hello。
  • 实现 InvocationHandler ,对代理对象方法的调用,会被分派到其 invoke 方法来真正实现动作。
  • 通过 Proxy 类,调用 newProxyInstance 方法,升一个实现了相应基础接口的代理类实现。
public satic Object newProxyInsance(ClassLoader loader,
Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)
  • https://docs.oracle.com/javase/9/docs/api/java/lang/reflect/InvocationHandler.html
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原始发表:2020-06-24,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 如何动态生成一个Java类
    • 字节码如何转换成Class 对象
      • JDK Proxy的实现
      • JDK 动态代理是如何生成字节码的?
    • JDK 动态代理的实现
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