Java类加载器( 死磕8)
【正文】Java类加载器( CLassLoader ) 死磕 8:
使用ASM，和类加载器实现AOP
本小节目录
8.1. ASM字节码操作框架简介
8.2. ASM和访问者模式
8.3. 用于增强字节码的事务类
8.4 通过ASM访问注解
8.5. 通过ASM注入AOP事务代码
8.6. 实现AOP的类加载器
1.1. 使用类加载器实现AOP
前面讲到，编程过程中，出现了很多需要动态加强字节码的场景：为了性能、统计、安全等等可能的加强，根据实际情况动态创建加强代码并执行。
这次使用asm来动态实现事务AOP功能。
更详细的说，适用ASM技术，对原始类动态生成子类，调用子类的方法覆盖父类，来实现AOP的功能。著名的 Hibernate 和 Spring 框架，就是使用这种技术实现了 AOP 的“无损注入”的。
1.1.1. ASM字节码操作框架简介
ASM是一个JAVA字节码分析、创建和修改的开源应用框架。在ASM中提供了诸多的API用于对类的内容进行字节码操作的方法。与传统的BCEL和SERL不同，在ASM中提供了更为优雅和灵活的操作字节码的方式。目前ASM已被广泛的开源应用架构所使用，例如：Spring、Hibernate等。
Asm是很好的ByteCode generator 和 ByteCode reader。Asm提供了ClassVisitor来访问Class中的每个元素。当用ClassReader来读取Class的字节码时，每read一个元素，ASM会调用指定的ClassVisitor来访问这个元素。这就是访问者模式。利用这个特点，当ClassVisitor访问Class的Annotation元素时，我们会把annotation的信息记录下来。这样就可以在将来使用这个Annotation。
简单的说，ASM能干什么呢？
分析一个类、从字节码角度创建一个类、修改一个已经被编译过的类文件
1.1.2. ASM和访问者模式
关于访问者模式，后面会详细为大家介绍。
使用ASM框架，需要理解访问者模式。大家可以自行百度，理解访问者模式有助于我们理解ASM的CoreAPI;
如果仅仅简单的使用ASM框架，只需要掌握框架中的基本的ClassVisitor、ClassAdapter、MethodVisitor、FieldVisitor、ClassReader和ClassWriter这几个类即可。
1.1.3. 用于增强字节码的事务类
本案例，模拟Spring的配置事务功能。如果在方法前面加上@Transaction注解，则使用ASM进行方法的代码增强。在方法的前面加上开始事务的字节码，在方法的后面加上结束事务的字节码。
作为示意，Transaction 的代码很简单，具体如下：
public class Transaction
{
public static void beginTransaction()
{
Logger.info("开始事务:");
}
public static void commit()
{
Logger.info("提交事务 ");
}
}
现在的场景是：
修改目标字节码，现在需要对加上@Transaction注解方法做AOP增强，在方法执行之前执行如下类的beginTransaction()方法，方法执行结束后，执行commit()方法。
1.1.4. 通过ASM访问注解
第一步，需要通过ASM，提取字节码中带有@Transaction注解的方法名称。
简单粗暴，直接上代码：
public class FilterClassVisitor extends ClassVisitor
{
private Set<String> tranMehodSet;
public FilterClassVisitor()
{
super(Opcodes.ASM5);
tranMehodSet=new HashSet<>();
}
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc, String signature, String[] exceptions)
{
MethodVisitor methodVisitor=
super.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);
return new FilterMethodVisitor( name, methodVisitor,this);
}
public void addTranMehod(String methName)
{
tranMehodSet.add(methName);
}
public Set<String> getTranMehods()
{
return tranMehodSet;
}
}
案例路径：com.crazymakercircle.classLoaderDemo.AOP.ClassVisitor
这个类，调用了 FilterMethodVisitor ，来逐个访问类的方法。其代码如下：
public class FilterMethodVisitor extends MethodVisitor
{
private final FilterClassVisitor classVisitor;
String methName;
public FilterMethodVisitor(String name, MethodVisitor methodVisitor, FilterClassVisitor transactionClassVisitor)
{
super(Opcodes.ASM5, methodVisitor);
this.methName = name;
this.classVisitor = transactionClassVisitor;
}
@Override
public AnnotationVisitor visitAnnotation(String s, boolean b)
{
if (s.contains("Tanscation"))
{
this.classVisitor.addTranMehod(this.methName);
}
return super.visitAnnotation(s, b);
}
}
案例路径：com.crazymakercircle.classLoaderDemo.AOP.FilterMethodVisitor
在这个类的 visitAnnotation，对每个访问到的方法注解，进行判断。如果一个方法的某个注解的名称包含Tanscation，说明这个方法需要进行AOP的事务增强，将这个方法的名称，加到classVisitor的AOP 事务方法Set集合中，等待后面的进一步处理。
1.1.5. 通过ASM注入AOP事务代码
通过ASM，实现在进入方法和退出方法时注入代码实现aop代码增强。涉及到MethodVisitor的两个方法：
（1）visitCode方法。将会在ASM开始访问某一个方法时调用，因此这个方法一般可以用来在进入分析JVM字节码之前来新增一些字节码。
（2）visitInsn方法。它是ASM访问到无参数指令时调用的，这里我们判断了当前指令是否为无参数的return，来在方法结束前添加一些指令。
简单粗暴，上代码。
package com.crazymakercircle.classLoaderDemo.AOP;
import org.objectweb.asm.AnnotationVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
public class ModifyMethodVisitor extends MethodVisitor
{
public ModifyMethodVisitor(MethodVisitor methodVisitor)
{
super(Opcodes.ASM5, methodVisitor);
}
public void visitCode()
{
super.visitMethodInsn(
Opcodes.INVOKESTATIC,
"com/crazymakercircle/classLoaderDemo/AOP/Transaction",
"beginTransaction",
"()V",
false);
super.visitCode();
}
public void visitInsn(int opcode)
{
/**
* 方法return之前，植入代码
*/
if(opcode == Opcodes.RETURN
|| opcode == Opcodes.ARETURN )
{
super.visitMethodInsn(
Opcodes.INVOKESTATIC,
"com/crazymakercircle/classLoaderDemo/AOP/Transaction",
"commit",
"()V",
false);
}
super.visitInsn(opcode);
}
}
这个是方法级别的Visitor，需要类级别的访问者来调用。
类级别的ClassVisitor，代码如下：
public class ModifyClassVisitor extends ClassVisitor
{
private Set<String> tranMehodSet;
public ModifyClassVisitor(ClassVisitor classVisitor,Set<String> tranMehodSet)
{
super(Opcodes.ASM5, classVisitor);
this.tranMehodSet=tranMehodSet;
}
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc, String signature, String[] exceptions)
{
if(tranMehodSet.contains(name))
{
MethodVisitor methodVisitor= super.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);
return new ModifyMethodVisitor( methodVisitor);
}
return super.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);
}
}
在上面的visitMethod方法中，判断方法名称，是否在需要进行事务增强的方法集合中。
如果是，则使用前面定义ModifyMethodVisitor，进行事务的增强。
1.1.6. 实现AOP的类加载器
简单粗暴，上代码
public class TransactionClassLoader extends FileClassLoader
{
public TransactionClassLoader(String rootDir)
{
super(rootDir);
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException
{
byte[] classData = super.getClassData(name);
Class<?> target = null;
if (classData == null)
{
throw new ClassNotFoundException();
}
Set tranMehodSet = null;
InputStream inputStream = null;
/**
* 读取之前的class 字节码
*/
ClassReader classReader = null;
try
{
inputStream = new ByteArrayInputStream(classData);
tranMehodSet = getTransSet(inputStream);
} catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
if (null == tranMehodSet)
{
target = super.defineClass(name, classData, 0, classData.length);
return target;
}
/**
* 进行字节码的解析
*/
try
{
inputStream = new ByteArrayInputStream(classData);
classReader = new ClassReader(inputStream);
} catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
ClassWriter classWriter = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);
classReader.accept(
new ModifyClassVisitor(classWriter, tranMehodSet),
ClassReader.SKIP_DEBUG);
/**
* 取得解析后的字节码
*/
byte[] transactionClassBits = classWriter.toByteArray();
target = defineClass(
name,
transactionClassBits,
0,
transactionClassBits.length);
Logger.info("src class=" + target.getName());
return target;
}
private static Set getTransSet(InputStream inputStream) throws IOException
{
ClassReader classReader = new ClassReader(inputStream);
FilterClassVisitor filterClassVisitor = new FilterClassVisitor();
classReader.accept(filterClassVisitor, ClassReader.SKIP_DEBUG);
Set tranMehodSet = filterClassVisitor.getTranMehods();
return tranMehodSet;
}
}
源码：
代码工程: classLoaderDemo.zip
下载地址：在疯狂创客圈QQ群文件共享。
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类加载器系列全目录
1.导入
2. JAVA类加载器分类
3. 揭秘ClassLoader抽象基类
4. 神秘的双亲委托机制
5. 入门案例：自定义一个文件系统的自定义classLoader
6. 基础案例：自定义一个网络类加载器
7. 中级案例：设计一个加密的自定义网络加载器
8. 高级案例1：使用ASM技术，结合类加载器，解密AOP原理
9. 高级案例2：上下文加载器原理和案例