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bytebuddy实现原理分析 &源码分析 （一）

bytebuddy

[bytebuddy实现原理分析 &源码分析 （一）](https://blog.csdn.net/wanxiaoderen/article/details/107079741）
bytebuddy实现原理分析 &源码分析 （二）
bytebuddy实现原理分析 &源码分析 （三）
bytebuddy实现原理分析 &源码分析 （四）

导读

水
dep 是byte buddy的开发包，实现都在里面。

源码非常复杂，而官方文档过于老旧，想要更好的使用 byte buddy 需要阅读源码。

源码的编写是递进的，从对java的类型进行封装，到类的动态定义，运行时的加载，以及如何匹配修改字节码。
但是作者明显是对jvm的知识非常了解，作者很清楚字节码在jvm的加载原理 & 很清楚添加或减少类的成员，到底应该对字节码做些什么，所以很难要从这个角度去分析源码。

所以鉴于水平有限，尽可能的一层层自下而上:从java类型的描述(description)，到类型的缓存池(typepool)，动态生成的类型（dynamci）, 封装字节码的生成(implemetation)，用来匹配目标的类或者方法（matcher）,切面相关的类(asm.advice)，java agent的构造器（agent.builder）的类定义的梳理，此外，提供一些高阶用法的讲解。

对于上面的提到的模块，会先讲整体的结构，其次分析从类的成员，一般弄清楚类的作用。

最后希望对byte buddy 有所了解，但又对源码望而却步的人来说，有点帮助。

如果第一次接触想要直接用起来，建议看官方文档。

约定

pkg 代表 标题是 包
cls 代表 标题是类或接口
in 代表 cls定义内部的类。
impl 代表 继承于或者实现cls的类
doc 代表额外的说明

备注

bytebuddy入门
这个入门其实写的不好，是笔记性质，给我自己看的。但是可取的

  • 是花了一张图，罗列了bytebuddy的源码结构和各种类的作用。让使用bytebuddyAPI中 对各种参数类型作用感到困惑的人有帮助
  • 罗列了我所看到的资料：官网的介绍，bytebuddy作者写这个框架出发点，代码demo。
  • 从我个人来看，bytebuddy并不是针对java开发新手写的文档。对类的修改和植入，以及最终如何让应用到APM产品(比如skywalking产品)。

我总结的学习步骤如下

字节码的知识—>ASM的知识—>JVM一些知识(类的加载，运行，卸载，类型)—> JNI(调用使用第三方代码) —> jdk attach的原理 —> jdk.instrument 知识 —> bytebuddy的知识。

这是我个人整理的一些资料

整体的讲解是自下而上，一层一层递进着讲的。后面的内容的理解依赖于前面的内容。

一. 类型描述（description）: pkg

pkg
这里重点讲bytebuddy如何封装类型的，这个是其他模块的基石。

最好具备

代码位置
在模块byte-buddy-dev/description包是有关类型的描述
在这里插入图片描述
Class类详解中有更详细的介绍
java class的所有类型都被封装了。包括如下

名称 描述 备注
modifier 修饰符，本质是一个2byte的int，代表一个方法的的描述。比如 public 对应的是 0X0001
type 类的类型，比如泛型，非泛型的封装
annotation 注解
field filed成员的封装
method 方法成员的封装
enumeration 枚举的封装

先讲modifier 是修饰符相关API的封装，
上层接口是对操作字节码元素的上层封装
annotation注解是java注解的封装
field、method、enumeration就简略的说明结构，依照者前面的梳理可以理解。

1.1 代码风格 : doc

bytebuddy的代码比较整齐，所有的类基本都是如下的模式。

package bytecode.annotation;

public interface ByteBuddyTemplate {
   
    // 接口层
    public void method();
    // 抽象层
    public abstract class AbstractBase implements ByteBuddyTemplate {
   
        public void method() {
   
            System.out.println("base");
        }
    }
    // 实现层
    public static class sub01 extends AbstractBase{
   
        @Override
        public void method() {
   
            super.method();
            System.out.println("sub01");
        }
    }

    public static class sub02 extends AbstractBase {
   
        @Override
        public void method() {
   
            super.method();
            System.out.println("sub02");
        }
    }
    // 实现层- 常用枚举模式
    enum sub03 implements ByteBuddyTemplate{
   
        INSTANCE;

        @Override
        public void method() {
   

        }
    }

}

基本上有三层结构
在这里插入图片描述

  • 1层 功能定义 interface
  • 2层 抽象实现 abstractbase
  • 3层 具体实现 & 经常用枚举 impl

好处是有个清晰的结构，从接口的定义出发，再细致到具体的实现，都在一个类中实现。缺点是类很臃肿，一个类基本都是1000+或者10000+行。

1.2 modifier 修饰符 : pkg

class 以及class成员的字节码都有u2 access_flags字段，modifier就是代表着access_flags。
在这里插入图片描述

1.2.1 ModifierContributor 修饰符上层接口 : cls

修饰符的核心类，内包含几个实现，复合1.1的设计模式
会讲明白，bytebuddy是如何定义修饰符的，耐心看。
在这里插入图片描述
核心方法

public interface ModifierContributor {
   

    /**
     * 空的mask
     */
    int EMPTY_MASK = 0;

    /**
     * 获取mask，mask是有效位数
     */
    int getMask();

    /**
     * 获取屏蔽位
     */
    int getRange();

    /**
     * 这个是否是最初的 modifier
     */
    boolean isDefault();
}

示意图
在这里插入图片描述
标准的access_flags只有16bit，但是asm提供了超过16位的标识，这个只对asm有用，asm 写入字节码时，会讲多余的忽虑掉。

比如field字段有意义的标识符只有9位(asm中是10位)。使用mask可以添加没有的标志符

这个是field的mask

// Opcodes.ACC_PUBLIC 就是public 0x0001
int MASK = Opcodes.ACC_PUBLIC | Opcodes.ACC_PROTECTED | Opcodes.ACC_PRIVATE
                | Opcodes.ACC_DEPRECATED | Opcodes.ACC_ENUM | Opcodes.ACC_FINAL | Opcodes.ACC_STATIC
                | Opcodes.ACC_SYNTHETIC | Opcodes.ACC_TRANSIENT | Opcodes.ACC_VOLATILE;

mask是规范中有效的位数,作用是充当掩码，去除不相关的位
range是额外的屏蔽位。

public int resolve(int modifiers) {
   
       for (T modifierContributor : modifierContributors) {
   
                modifiers = (modifiers & ~modifierContributor.getRange()) & modifierContributor.getMask();
           }
       return modifiers;
}
  • 说明函数传入一个 modifier
  • 先进行 ~modifierContributor.getRange()运算。加入你要屏蔽掉ACC_PUBLIC 0X0001。那么取反码，第一位就变成了0，其余为1，结果为二进制11111111111111111111111111111110
  • 第二步(modifiers & ~modifierContributor.getRange())，public的位置就变成了0。
  • 最后才是或 & mask。

所以range的作用是屏蔽位

1.2.1.1 自定义一个 ModifierContributor : doc

示例
下面是自定义的一个ModifierContributor实现。DemoModifierContributor.Resolver. resolve(int modifier))是根据ModifierContributor对传入的modifier做修改。

  • 比如 demo 的修饰符public static 代表着 1001
  • 先用屏蔽位range处理(1001 & ~0001) ，结果是 1000
  • 在用mask 补充额外的位数 1000|1010 ，结果是 1010

所以rang代表屏蔽，mask代表额外的添加

public class DemoModifierContributor implements ModifierContributor {
   

    public static String demo = "hello;";

    @Override
    public int getMask() {
   
        // 仅有前四位有效的mask 即 0000000000001010
        int MASK = Opcodes.ACC_PRIVATE | Opcodes.ACC_STATIC;
        return MASK;
    }

    @Override
    public int getRange() {
   
        // 屏蔽调 public
        return Opcodes.ACC_PUBLIC;
    }

    @Override
    public boolean isDefault() {
   
        return false;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception{
   
        // 打印demo 的modifier
        int modifier = DemoModifierContributor.class.getDeclaredField("demo").getModifiers();
        System.out.println("origin modifier of demo : "+ Integer.toBinaryString(modifier));
        // mask
        DemoModifierContributor demo = new DemoModifierContributor();
        System.out.println("mask  : "+ Integer.toBinaryString(demo.getMask()));
        // range
        System.out.println("range : "+ Integer.toBinaryString(demo.getRange()));
        // resolver 用来获取 有效的 modifier
        List<ModifierContributor> list = Collections.singletonList(new DemoModifierContributor());
        DemoModifierContributor.Resolver resolver = DemoModifierContributor.Resolver.of(list);

        // 获取 (modifiers & ~modifierContributor.getRange()) | modifierContributor.getMask();
        // (1001 & ~0001)|1100  --> (1001 & 1110)|1010 --> 1000|1010 --> 1010
        System.out.println( Integer.toBinaryString(resolver.resolve(modifier)));
        
    }
}
//打印
origin modifier of demo : 1001
mask  : 1010
range : 1
1010
1.2.1.2 ModifierContributor的实现 ：in & impl

内置了四个子接口ForField,ForMethod,ForType,ForParameter。
通过了解自定义ModifierContributor的子类。就很好理解四个实现，很类似。比如
仅仅是定义了10位mask

    interface ForField extends ModifierContributor {
   

        /**
         * A mask for all legal modifiers of a Java field.
         */
        int MASK = Opcodes.ACC_PUBLIC | Opcodes.ACC_PROTECTED | Opcodes.ACC_PRIVATE
                | Opcodes.ACC_DEPRECATED | Opcodes.ACC_ENUM | Opcodes.ACC_FINAL | Opcodes.ACC_STATIC
                | Opcodes.ACC_SYNTHETIC | Opcodes.ACC_TRANSIENT | Opcodes.ACC_VOLATILE;
    }
1.2.1.3 Resolver类 ： in

工具类，定义了处理ModifierContributor的方法。
类的声明 class Resolver<T extends ModifierContributor>，携带了一个ModifierContributor对象。

构造器
创建时接受多个ModifierContributor

  public static <S extends ModifierContributor> Resolver<S> of(Collection<? extends S> modifierContributors) {
   
            return new Resolver<S>(modifierContributors);
        }

核心方法
使用时，调用resolve获取处理过的modifiers。

 public int resolve(int modifiers) {
   
            for (T modifierContributor : modifierContributors) {
   
                modifiers = (modifiers & ~modifierContributor.getRange()) | modifierContributor.getMask();
            }
            return modifiers;
        }
1.2.1.4 其他实现 ModifierContributor的接口 ： impl

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
这个包里面接口无一例外都是实现ModifierContributor的类
挑一个说明FieldManifestation就是来判断一个Field是否被final，volatile或者修饰，

public enum FieldManifestation implements ModifierContributor.ForField {
   

    PLAIN(EMPTY_MASK),
    FINAL(Opcodes.ACC_FINAL),

    VOLATILE(Opcodes.ACC_VOLATILE);
    private final int mask;
    FieldManifestation(int mask) {
   
        this.mask = mask;
    }
    public int getMask() {
   
        return mask;
    }
    public int getRange() {
   
        return Opcodes.ACC_FINAL | Opcodes.ACC_VOLATILE;
    }
    public boolean isDefault() {
   
        return this == PLAIN;
    }
    public boolean isFinal() {
   
        return (mask & Opcodes.ACC_FINAL) != 0;
    }
    public boolean isVolatile() {
   
        return (mask & Opcodes.ACC_VOLATILE) != 0;
    }
    public boolean isPlain() {
   
        return !isFinal() && !isVolatile();
    }

1.2.2 ModifierReviewable 修饰符的工厂 : cls

上面讲了修饰符的各种实现类，ModifierReviewable是一个汇总类。在这里插入图片描述在这里插入图片描述
这个类理解起来不复杂，比如 ForFieldDescription内置了一堆方法来判断针对field的修饰符。

interface ForFieldDescription extends OfEnumeration {
   

        /**
         * Specifies if the modifier described by this object
         */
        boolean isVolatile();

        /**
         */
        boolean isTransient();

        /**
         */
        FieldManifestation getFieldManifestation();

        /**
         */
        FieldPersistence getFieldPersistence();
    }

实现了ForFieldDescription的AbstractBase,看看如何实现isVolatile()。
可以看出就是 和Opcodes.ACC_VOLATILE 0x0040;去 &，看看相应位是否设为1

abstract class AbstractBase implements ForTypeDefinition, ForFieldDescription

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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