Java類載入器( 深磕8)
【正文】Java類載入器( CLassLoader ) 深磕 8:
使用ASM，和類載入器實現AOP
本小節目錄
8.1. ASM位元組碼操作框架簡介
8.2. ASM和訪問者模式
8.3. 用於增強位元組碼的事務類
8.4 通過ASM訪問註解
8.5. 通過ASM注入AOP事務程式碼
8.6. 實現AOP的類載入器
1.1. 使用類載入器實現AOP
前面講到，程式設計過程中，出現了很多需要動態加強位元組碼的場景：為了效能、統計、安全等等可能的加強，根據實際情況動態建立加強程式碼並執行。
這次使用asm來動態實現事務AOP功能。
更詳細的說，適用ASM技術，對原始類動態生成子類，呼叫子類的方法覆蓋父類，來實現AOP的功能。著名的 Hibernate 和 Spring 框架，就是使用這種技術實現了 AOP 的“無損注入”的。
1.1.1. ASM位元組碼操作框架簡介
ASM是一個JAVA位元組碼分析、建立和修改的開源應用框架。在ASM中提供了諸多的API用於對類的內容進行位元組碼操作的方法。與傳統的BCEL和SERL不同，在ASM中提供了更為優雅和靈活的操作位元組碼的方式。目前ASM已被廣泛的開源應用架構所使用，例如：Spring、Hibernate等。
Asm是很好的ByteCode generator 和 ByteCode reader。Asm提供了ClassVisitor來訪問Class中的每個元素。當用Cla***eader來讀取Class的位元組碼時，每read一個元素，ASM會呼叫指定的ClassVisitor來訪問這個元素。這就是訪問者模式。利用這個特點，當ClassVisitor訪問Class的Annotation元素時，我們會把annotation的資訊記錄下來。這樣就可以在將來使用這個Annotation。
簡單的說，ASM能幹什麼呢？
分析一個類、從位元組碼角度建立一個類、修改一個已經被編譯過的類檔案
1.1.2. ASM和訪問者模式
關於訪問者模式，後面會詳細為大家介紹。
使用ASM框架，需要理解訪問者模式。大家可以自行百度，理解訪問者模式有助於我們理解ASM的CoreAPI;
如果僅僅簡單的使用ASM框架，只需要掌握框架中的基本的ClassVisitor、ClassAdapter、MethodVisitor、FieldVisitor、Cla***eader和ClassWriter這幾個類即可。
1.1.3. 用於增強位元組碼的事務類
本案例，模擬Spring的配置事務功能。如果在方法前面加上@Transaction註解，則使用ASM進行方法的程式碼增強。在方法的前面加上開始事務的位元組碼，在方法的後面加上結束事務的位元組碼。
作為示意，Transaction 的程式碼很簡單，具體如下：
public class Transaction
{
public static void beginTransaction()
{
Logger.info("開始事務:");
}
public static void commit()
{
Logger.info("提交事務 ");
}
}
現在的場景是：
修改目標位元組碼，現在需要對加上@Transaction註解方法做AOP增強，在方法執行之前執行如下類的beginTransaction()方法，方法執行結束後，執行commit()方法。
1.1.4. 通過ASM訪問註解
第一步，需要通過ASM，提取位元組碼中帶有@Transaction註解的方法名稱。
簡單粗暴，直接上程式碼：
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;
}
}
案例路徑：com.crazymakercircle.classLoaderDemo.AOP.ClassVisitor
這個類，呼叫了 FilterMethodVisitor ，來逐個訪問類的方法。其程式碼如下：
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);
}
}
案例路徑：com.crazymakercircle.classLoaderDemo.AOP.FilterMethodVisitor
在這個類的 visitAnnotation，對每個訪問到的方法註解，進行判斷。如果一個方法的某個註解的名稱包含Tanscation，說明這個方法需要進行AOP的事務增強，將這個方法的名稱，加到classVisitor的AOP 事務方法Set集合中，等待後面的進一步處理。
1.1.5. 通過ASM注入AOP事務程式碼
通過ASM，實現在進入方法和退出方法時注入程式碼實現aop程式碼增強。涉及到MethodVisitor的兩個方法：
（1）visitCode方法。將會在ASM開始訪問某一個方法時呼叫，因此這個方法一般可以用來在進入分析JVM位元組碼之前來新增一些位元組碼。
（2）visitInsn方法。它是ASM訪問到無引數指令時呼叫的，這裡我們判斷了當前指令是否為無引數的return，來在方法結束前新增一些指令。
簡單粗暴，上程式碼。
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，植入程式碼
*/
if(opcode == Opcodes.RETURN
|| opcode == Opcodes.ARETURN )
{
super.visitMethodInsn(
Opcodes.INVOKESTATIC,
"com/crazymakercircle/classLoaderDemo/AOP/Transaction",
"commit",
"()V",
false);
}
super.visitInsn(opcode);
}
}
這個是方法級別的Visitor，需要類級別的訪問者來呼叫。
類級別的ClassVisitor，程式碼如下：
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，判斷方法名稱，是否在需要進行事務增強的方法集合中。
如果是，則使用前面定義ModifyMethodVisitor，進行事務的增強。
1.1.6. 實現AOP的類載入器
簡單粗暴，上程式碼
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<String> tranMehodSet = null;
InputStream inputStream = null;
/**
* 讀取之前的class 位元組碼
*/
Cla***eader cla***eader = 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;
}
/**
* 進行位元組碼的解析
*/
try
{
inputStream = new ByteArrayInputStream(classData);
cla***eader = new Cla***eader(inputStream);
} catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
ClassWriter classWriter = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);
cla***eader.accept(
new ModifyClassVisitor(classWriter, tranMehodSet),
Cla***eader.SKIP_DEBUG);
/**
* 取得解析後的位元組碼
*/
byte[] transactionClassBits = classWriter.toByteArray();
target = defineClass(
name,
transactionClassBits,
0,
transactionClassBits.length);
Logger.info("src class=" + target.getName());
return target;
}
private static Set<String> getTransSet(InputStream inputStream) throws IOException
{
Cla***eader cla***eader = new Cla***eader(inputStream);
FilterClassVisitor filterClassVisitor = new FilterClassVisitor();
cla***eader.accept(filterClassVisitor, Cla***eader.SKIP_DEBUG);
Set<String> tranMehodSet = filterClassVisitor.getTranMehods();
return tranMehodSet;
}
}
原始碼：
程式碼工程: classLoaderDemo.zip
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