Byte Buddy学习笔记
本文转载自Byte Buddy学习笔记
简介
Byte Buddy是一个JVM的运行时代码生成器，你可以利用它创建任何类，且不像JDK动态代理那样强制实现一个接口。Byte Buddy还提供了简单的API，便于手工、通过Java Agent，或者在构建期间修改字节码。
Java反射API可以做很多和字节码生成器类似的工作，但是它具有以下缺点：
- 相比硬编码的方法调用，使用 反射 API 非常慢
- 反射 API 能绕过类型安全检查
比起JDK动态代理、cglib、Javassist，Byte Buddy在性能上具有优势。
入门
创建新类型
下面是一个最简单的例子：
Class<?> dynamicType = new ByteBuddy()
// 指定父类
.subclass(Object.class)
// 根据名称来匹配需要拦截的方法
.method(ElementMatchers.named("toString"))
// 拦截方法调用，返回固定值
.intercept(FixedValue.value("Hello World!"))
// 产生字节码
.make()
// 加载类
.load(getClass().getClassLoader())
// 获得Class对象
.getLoaded();
assertThat(dynamicType.newInstance().toString(), is("Hello World!"));
ByteBuddy利用Implementation接口来表示一个动态定义的方法，FixedValue.value就是该接口的实例。
完全实现Implementation比较繁琐，因此实际情况下会使用MethodDelegation代替。使用MethodDelegation，你可以在一个POJO中实现方法拦截器：
public class GreetingInterceptor {
// 方法签名随意
public Object greet(Object argument) {
return "Hello from " + argument;
}
}
Class<? extends java.util.function.Function> dynamicType = new ByteBuddy()
// 实现一个Function子类
.subclass(java.util.function.Function.class)
.method(ElementMatchers.named("apply"))
// 拦截Function.apply调用，委托给GreetingInterceptor处理
.intercept(MethodDelegation.to(new GreetingInterceptor()))
.make()
.load(getClass().getClassLoader())
.getLoaded();
assertThat((String) dynamicType.newInstance().apply("Byte Buddy"), is("Hello from Byte Buddy"));
编写拦截器时，你可以指定一些注解，ByteBuddy会自动注入：
public class GeneralInterceptor {
// 提示ByteBuddy根据被拦截方法的实际类型，对此拦截器的返回值进行Cast
@RuntimeType
// 所有入参的数组
public Object intercept(@AllArguments Object[] allArguments,
// 被拦截的原始方法
@Origin Method method) {
}
}
修改已有类型
上面的两个例子中，我们利用ByteBuddy创建了指定接口的新子类型，ByteBuddy也可以用来修改已存在的。
ByteBuddy提供了便捷的创建Java Agent的API，本节的例子就是通过Java Agent方式来修改已存在的Java类型：public class TimerAgent {
public static void premain(String arguments,
Instrumentation instrumentation) {
new AgentBuilder.Default()
// 匹配被拦截方法
.type(ElementMatchers.nameEndsWith("Timed"))
.transform(
(builder, type, classLoader, module) ->
builder.method(ElementMatchers.any()) .intercept(MethodDelegation.to(TimingInterceptor.class))
).installOn(instrumentation);
}
}
public class TimingInterceptor {
@RuntimeType
public static Object intercept(@Origin Method method,
// 调用该注解后的Runnable/Callable，会导致调用被代理的非抽象父方法
@SuperCall Callable<?> callable) {
long start = System.currentTimeMillis();
try {
return callable.call();
} finally {
System.out.println(method + " took " + (System.currentTimeMillis() - start));
}
}
}
API
创建类
subclass
调用此方法可以创建一个目标类的子类：
DynamicType.Unloaded<?> dynamicType = new ByteBuddy()
.subclass(Object.class)
.name("example.Type") // 子类的名称
.make();
如果不指定子类名称，Byte Buddy会有一套自动的策略来生成。你还可以指定子类命名策略：
DynamicType.Unloaded<?> dynamicType = new ByteBuddy()
.with(new NamingStrategy.AbstractBase() {
@Override
public String subclass(TypeDescription superClass) {
return "i.love.ByteBuddy." + superClass.getSimpleName();
}
})
.subclass(Object.class)
.make();
加载类
上节创建的DynamicType.Unloaded，代表一个尚未加载的类，你可以通过ClassLoadingStrategy来加载这种类。
如果不指定ClassLoadingStrategy，Byte Buffer根据你提供的ClassLoader来推导出一个策略，内置的策略定义在枚举ClassLoadingStrategy.Default中：
- WRAPPER：创建一个新的Wrapping类加载器
- CHILD_FIRST：类似上面，但是子加载器优先负责加载目标类
- INJECTION：利用反射机制注入动态类型
示例：
Class<?> type = new ByteBuddy()
.subclass(Object.class)
.make()
.load(getClass().getClassLoader(), ClassLoadingStrategy.Default.WRAPPER)
.getLoaded();
修改类
redefine
重定义一个类时，Byte Buddy 可以对一个已有的类添加属性和方法，或者删除已经存在的方法实现。新添加的方法，如果签名和原有方法一致，则原有方法会消失。
rebase
类似于redefine，但是原有的方法不会消失，而是被重命名，添加后缀 $original，例如类：
class Foo {
String bar() { return "bar"; }
}
在rebase之后，会变成：
class Foo {
String bar() { return "foo" + bar$original(); }
private String bar$original() { return "bar"; }
}
重新加载类
得益于JVM的HostSwap特性，已加载的类可以被重新定义：
// 安装Byte Buddy的Agent，除了通过-javaagent静态安装，还可以：
ByteBuddyAgent.install();
Foo foo = new Foo();
new ByteBuddy()
.redefine(Bar.class)
.name(Foo.class.getName())
.make()
.load(Foo.class.getClassLoader(), ClassReloadingStrategy.fromInstalledAgent());
assertThat(foo.m(), is("bar"));
可以看到，即使时已经存在的对象，也会受到类Reloading的影响。
当前HostSwap具有限制：
- 类再重新载入前后，必须具有相同的Schema，也就是方法、字段不能减少（可以增加）
- 不支持具有静态初始化块的类
操控未加载类
Byte Buddy提供了类似于Javassist的、操控未加载类的API。它在TypePool中维护类型的元数据TypeDescription：
// 获取默认类型池
TypePool typePool = TypePool.Default.ofClassPath();
new ByteBuddy()
.redefine(typePool.describe("foo.Bar").resolve(), // 根据名称进行解析类
// ClassFileLocator用于定位到被修改类的.class文件
ClassFileLocator.ForClassLoader.ofClassPath())
.defineField("qux", String.class) // 定义一个新的字段
.make()
.load(ClassLoader.getSystemClassLoader());
assertThat(Bar.class.getDeclaredField("qux"), notNullValue());
拦截方法
匹配方法
Byte Buddy提供了很多用于匹配方法的DSL：
class Foo {
public String bar() { return null; }
public String foo() { return null; }
public String foo(Object o) { return null; }
}
Foo dynamicFoo = new ByteBuddy()
.subclass(Foo.class)
// 匹配由Foo.class声明的方法
.method(isDeclaredBy(Foo.class)).intercept(FixedValue.value("One!"))
// 匹配名为foo的方法
.method(named("foo")).intercept(FixedValue.value("Two!"))
// 匹配名为foo，入参数量为1的方法
.method(named("foo").and(takesArguments(1))).intercept(FixedValue.value("Three!"))
.make()
.load(getClass().getClassLoader())
.getLoaded()
.newInstance();
委托方法
使用MethodDelegation可以将方法调用委托给任意POJO。Byte Buddy不要求Source（被委托类）、Target类的方法名一致：
class Source {
public String hello(String name) { return null; }
}
String helloWorld = new ByteBuddy()
.subclass(Source.class)
.method(named("hello")).intercept(MethodDelegation.to(Target.class))
.make()
.load(getClass().getClassLoader())
.getLoaded()
.newInstance()
.hello("World");
Target的实现可以如下：
class Target {
public static String hello(String name) {
return "Hello " + name + "!";
}
}
也可以如下：
class Target {
public static String intercept(String name) { return "Hello " + name + "!"; }
public static String intercept(int i) { return Integer.toString(i); }
public static String intercept(Object o) { return o.toString(); }
}
前一个实现很好理解，那么后一个呢，Byte Buddy到底会委托给哪个方法？Byte Buddy遵循一个最接近原则：
- intercept(int)因为参数类型不匹配，直接Pass
- 另外两个方法参数都匹配，但是 intercept(String)类型更加接近，因此会委托给它
参数绑定
你可以在Target的方法中使用注解进行参数绑定：
void foo(Object o1, Object o2)
// 等价于
void foo(@Argument(0) Object o1, @Argument(1) Object o2)
全部注解如下表：
| 注解 | 说明 |
|---|---|
| @Argument | 绑定单个参数 |
| @AllArguments | 绑定所有参数的数组 |
| @This | 当前被拦截的、动态生成的那个对象 |
| @Super | 当前被拦截的、动态生成的那个对象的父类对象 |
| @Origin | 可以绑定到以下类型的参数：Method 被调用的原始方法 Constructor 被调用的原始构造器 Class 当前动态创建的类 MethodHandle MethodType String 动态类的toString()的返回值 int 动态方法的修饰符 |
| @DefaultCall | 调用默认方法而非super的方法 |
| @SuperCall | 用于调用父类版本的方法 |
| @Super | 注入父类型对象，可以是接口，从而调用它的任何方法 |
| @RuntimeType | 可以用在返回值、参数上，提示ByteBuddy禁用严格的类型检查 |
| @Empty | 注入参数的类型的默认值 |
| @StubValue | 注入一个存根值。对于返回引用、void的方法，注入null；对于返回原始类型的方法，注入0 |
| @FieldValue | 注入被拦截对象的一个字段的值 |
| @Morph | 类似于@SuperCall，但是允许指定调用参数 |
添加字段
Class<? extends UserType> dynamicUserType = new ByteBuddy()
.subclass(UserType.class)
.defineField("interceptor", Interceptor.class, Visibility.PRIVATE);
方法调用也可以委托给字段（而非外部对象）：
Class<? extends UserType> dynamicUserType = new ByteBuddy()
.subclass(UserType.class)
.method(not(isDeclaredBy(Object.class)))
.intercept(MethodDelegation.toField("interceptor"));
自律者自由
