動態生成類並載入
Java是一門靜態語言，通常，我們需要的class在編譯的時候就已經生成了，為什麼有時候我們還想在執行時動態生成class呢？
因為在有些時候，我們還真得在執行時為一個類動態建立子類。比如，編寫一個ORM框架，如何得知一個簡單的JavaBean是否被使用者修改過呢？
以User為例：
public class User { private String id; private String name; public String getId() { return id; } public void setId(String id) { this.id = id; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } }
其實UserProxy實現起來很簡單，就是建立一個User的子類，覆寫所有setXxx()方法，做個標記就可以了：
public class UserProxy extends User { private boolean dirty; public boolean isDirty() { return this.dirty; } public void setDirty(boolean dirty) { this.dirty = dirty; } @Override public void setId(String id) { super.setId(id); setDirty(true); } @Override public void setName(String name) { super.setName(name); setDirty(true); } }
但是這個UserProxy就必須在執行時動態創建出來了，因為編譯時ORM框架根本不知道User類。
現在問題來了，動態生成位元組碼，難度有多大？
如果我們要自己直接輸出二進位制格式的位元組碼，在完成這個任務前，必須先認真閱讀JVM規範第4章，詳細瞭解class檔案結構。估計讀完規範後，兩個月過去了。
所以，第一種方法，自己動手，從零開始建立位元組碼，理論上可行，實際上很難。
第二種方法，使用已有的一些能操作位元組碼的庫，幫助我們建立class。
目前，能夠操作位元組碼的開源庫主要有CGLib和Javassist兩種，它們都提供了比較高階的API來操作位元組碼，最後輸出為class檔案。
比如CGLib，典型的用法如下：
Enhancer e = new Enhancer();
e.setSuperclass(...);
e.setStrategy(new DefaultGeneratorStrategy() {
protected ClassGenerator transform(ClassGenerator cg) {
return new TransformingGenerator(cg,
new AddPropertyTransformer(new String[]{ "foo" },
new Class[] { Integer.TYPE }));
}});
Object obj = e.create();
比自己生成class要簡單，但是，要學會它的API還是得花大量的時間，並且，上面的程式碼很難看懂對不對？
有木有更簡單的方法？
有！
換一個思路，如果我們能建立UserProxy.java這個原始檔，再呼叫Java編譯器，直接把原始碼編譯成class，再載入進虛擬機器，任務完成！
畢竟，建立一個字串格式的原始碼是很簡單的事情，就是拼字串嘛，高階點的做法可以用一個模版引擎。
如何編譯？
Java的編譯器是javac，但是，在很早很早的時候，Java的編譯器就已經用純Java重寫了，自己能編譯自己，行業黑話叫“自舉”。從Java 1.6開始，編譯器介面正式放到JDK的公開API中，於是，我們不需要建立新的程序來呼叫javac，而是直接使用編譯器API來編譯原始碼。
使用起來也很簡單：
JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
int compilationResult = compiler.run(null, null, null, '/path/to/Test.java');
這麼寫編譯是沒啥問題，問題是我們在記憶體中建立了Java程式碼後，必須先寫到檔案，再編譯，最後還要手動讀取class檔案內容並用一個ClassLoader載入。
有木有更簡單的方法？
有！
其實Java編譯器根本不關心原始碼的內容是從哪來的，你給它一個String當作原始碼，它就可以輸出byte[]作為class的內容。
所以，我們需要參考Java Compiler API的文件，讓Compiler直接在記憶體中完成編譯，輸出的class內容就是byte[]。
程式碼改造如下：
Map<String, byte[]> results;
JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
StandardJavaFileManager stdManager = compiler.getStandardFileManager(null, null, null);
try (MemoryJavaFileManager manager = new MemoryJavaFileManager(stdManager)) {
JavaFileObject javaFileObject = manager.makeStringSource(fileName, source);
CompilationTask task = compiler.getTask(null, manager, null, null, null, Arrays.asList(javaFileObject));
if (task.call()) {
results = manager.getClassBytes();
}
}
上述程式碼的幾個關鍵在於：
- 用
MemoryJavaFileManager替換JDK預設的StandardJavaFileManager，以便在編譯器請求原始碼內容時，不是從檔案讀取，而是直接返回String； - 用
MemoryOutputJavaFileObject替換JDK預設的SimpleJavaFileObject，以便在接收到編譯器生成的byte[]內容時，不寫入class檔案，而是直接儲存在記憶體中。
最後，編譯的結果放在Map<String, byte[]>中，Key是類名，對應的byte[]是class的二進位制內容。
為什麼編譯後不是一個
byte[]呢？
因為一個.java的原始檔編譯後可能有多個.class檔案！只要包含了靜態類、匿名類等，編譯出的class肯定多於一個。
如何載入編譯後的class呢？
載入class相對而言就容易多了，我們只需要建立一個ClassLoader，覆寫findClass()方法：
class MemoryClassLoader extends URLClassLoader {
Map<String, byte[]> classBytes = new HashMap<String, byte[]>();
public MemoryClassLoader(Map<String, byte[]> classBytes) {
super(new URL[0], MemoryClassLoader.class.getClassLoader());
this.classBytes.putAll(classBytes);
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
byte[] buf = classBytes.get(name);
if (buf == null) {
return super.findClass(name);
}
classBytes.remove(name);
return defineClass(name, buf, 0, buf.length);
}
}
除了寫ORM用之外，還能幹什麼？
可以用它來做一個Java指令碼引擎。實際上本文的程式碼主要就是參考了Scripting專案的原始碼。
完整的原始碼呢？
在這裡：https://github.com/michaelliao/compiler，連Maven的包都給你準備好了！
也就200行程式碼吧！動態建立class不是夢