JVM性能优化--字节码技术

一、字节码技术应用场景

AOP技术、Lombok去除重复代码插件、动态修改class文件等

二、字节技术优势

Java字节码增强指的是在Java字节码生成之后，对其进行修改，增强其功能，这种方式相当于对应用程序的二进制文件进行修改。Java字节码增强主要是为了减少冗余代码，提高性能等。

实现字节码增强的主要步骤为：

• 1、修改字节码
  
  在内存中获取到原来的字节码，然后通过一些工具（如 ASM，Javaasist）来修改它的byte[]数组，得到一个新的byte数组。
• 2、使修改后的字节码生效

有两种方法：

• 1） 自定义ClassLoader来加载修改后的字节码；
• 2）替换掉原来的字节码：在JVM加载用户的Class时，拦截，返回修改后的字节码；或者在运行时，使用Instrumentation.redefineClasses方法来替换掉原来的字节码

三、常见的字节码操作类库

1、BCEL

Byte Code Engineering Library(BCEL)，这是Apache Software Foundation的Jakarta项目的一部分。BCEL是Java classworking 广泛使用的一种框架，它可以让您深入jvm汇编语言进行类库操作的细节。BCEL与javassist有不同的处理字节码方法，BCEL在实际的jvm指令层次上进行操作(BCEL拥有丰富的jvm指令集支持) 而javassist所强调的是源代码级别的工作。

2、ASM

是一个轻量级Java字节码操作框架，直接涉及到JVM底层的操作和指令

高性能，高质量

3、CGLB

生成类库，基于ASM实现

4、javassist

是一个开源的分析，编辑和创建Java字节码的类库。性能较ASM差，跟cglib差不多，但是使用简单。很多开源框架都在使用它。

4.1、Javassist优势

• 比反射开销小，性能高。
• javassist性能高于反射，低于ASM

运行时操作字节码可以让我们实现如下功能：

• 动态生成 新的类
• 动态改变某个类的结构 ( 添加 / 删除 / 修改 新的属性 / 方法 )

javassist 的最外层的 API 和 JAVA 的反射包中的 API 颇为 类似 。

它 主要 由 CtClass ， CtMethod, ，以及 CtField 几个类组成。用以执行和 JDK 反射 API 中 java.lang.Class， java.lang.reflect.Method， java.lang.reflect.Method .Field 相同的 操作 。

方法操作

• 修改已有方法的方法体（插入代码到已有方法体）
• 新增方法 删除方法

4.2、javassist的局限性

JDK5.0 新语法不支持 ( 包括泛型、枚举 ) ，不支持注解修改，但可以通过底层的 javassist 类来解决，具体参考： javassist.bytecode.annotation

不支持数组的初始化，如 String[]{"1","2"} ，除非只有数组的容量为 1

不支持内部类和匿名类

不支持 continue 和 break表达式。

对于继承关系，有些不支持。例如

class A {}  
class B extends A {} 
class C extends B {} 

4.3、使用Javassist创建类

	public static void main(String[] args)
			throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException,
			SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException {
		Class<?> clazz = Class.forName("com.test.Test0005");
		Object newInstance = clazz.newInstance();
		Method method = clazz.getDeclaredMethod("sum", int.class, int.class);
		Object invoke = method.invoke(newInstance, 1, 1);
	}

	public void sum(int a, int b) {
		System.out.println("sum:" + a + b);
	}

	public static void main(String[] args) throws CannotCompileException, NotFoundException, IOException {
		ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
		// 创建class文件
		CtClass userClass = pool.makeClass("com.test.entity.User");
		// 创建id属性
		CtField idField = CtField.make("private Integer id;", userClass);
		// 创建name属性
		CtField nameField = CtField.make("private Integer name;", userClass);
		// 添加属性
		userClass.addField(idField);
		// 添加属性
		userClass.addField(nameField);
		// 创建方法
		CtMethod getIdMethod = CtMethod.make("public Integer getId() {return id;}", userClass);
		// 创建方法
		CtMethod setIdMethod = CtMethod.make("public void setId(Integer id) { this.id = id; }", userClass);
		// 添加方法
		userClass.addMethod(getIdMethod);
		// 添加方法
		userClass.addMethod(setIdMethod);
		// 添加构造器
		CtConstructor ctConstructor = new CtConstructor(new CtClass[] { CtClass.intType, pool.get("java.lang.String") },
				userClass);
		// 创建Body
		ctConstructor.setBody("	{this.id = id;this.name = name;}");
		userClass.addConstructor(ctConstructor);
		userClass.writeFile("F:/test");// 将构造好的类写入到F:\test 目录下
	}

4.4、使用Javassist修改类文件信息

public static void main(String[] args)
			throws NotFoundException, CannotCompileException, InstantiationException, IllegalAccessException,
			NoSuchMethodException, SecurityException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, IOException {
		ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
		// 需要加载类信息
		CtClass userClass = pool.get("com.test.User");
		// 需要添加的方法
		CtMethod m = new CtMethod(CtClass.intType, "add", new CtClass[] { CtClass.intType, CtClass.intType },
				userClass);
		// 方法权限
		m.setModifiers(Modifier.PUBLIC);
		// 方法体内容
		m.setBody("{System.out.println(\"Test003\"); return $1+$2;}");
		userClass.addMethod(m);
		userClass.writeFile("F:/test");// 将构造好的类写入到F:\test 目录下
		// 使用反射技术执行方法
		Class clazz = userClass.toClass();
		Object obj = clazz.newInstance(); // 通过调用User 无参构造函数
		Method method = clazz.getDeclaredMethod("add", int.class, int.class);
		Object result = method.invoke(obj, 200, 300);
		System.out.println(result);
	}

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