深入理解Java的動態編譯

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前提

筆者很久之前就有個想法:參考現有的主流ORM框架的設計,造一個ORM輪子,在基本不改變使用體驗的前提下把框架依賴的大量的反射設計去掉,這些反射API構築的組件使用動態編譯加載的實例去替代,從而可以得到接近於直接使用原生JDBC的性能。於是帶着這樣的想法,深入學習Java的動態編譯。編寫本文的時候使用的是JDK11

基本原理

下面這個很眼熟的圖來源於《深入理解Java虛擬機》前端編譯與優化的章節,主要描述編譯的過程:

上圖看起來只有三步,其實每一步都有大量的步驟,下圖嘗試相對詳細地描述具體的步驟(圖比較大難以分割,直接放原圖):

實際上,僅僅對於編譯這個過程來說,開發者或者使用者不必要完全掌握其中的細節,JDK提供了一個工具包javax.tools讓使用者可以用簡易的API進行編譯(其實在大多數請下,開發者是面向業務功能開發,像編譯和打包這些細節一般直接由開發工具、MavenGradle等工具完成):

具體的使用過程包括:

  • 獲取一個javax.tools.JavaCompiler實例。
  • 基於Java文件對象初始化一個編譯任務javax.tools.JavaCompiler$CompilationTask實例。
  • CompilationTask實例執行結果代表着編譯過程的成功與否。

我們熟知的javac編譯器其實就是JavaCompiler接口的實現,在JDK11中,對應的實現類為com.sun.tools.javac.api.JavacTool。在JDK8中不存在JavaCompiler接口,具體的編譯入口類為com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler

因為JVM裏面的Class是基於ClassLoader隔離的,所以編譯成功之後可以通過自定義的類加載器加載對應的類實例,然後就可以應用反射API進行實例化和後續的調用。

JDK動態編譯

JDK動態編譯的步驟在上一節已經清楚地說明,這裏造一個簡單的場景。假設存在一個接口如下:

package club.throwable.compile;

public interface HelloService {
    
    void sayHello(String name);
}

// 默認實現
package club.throwable.compile;

public class DefaultHelloService implements HelloService {

    @Override
    public void sayHello(String name) {
        System.out.println(String.format("%s say hello [by default]", name));
    }
}

我們可以通過字符串SOURCE_CODE定義一個類:

static String SOURCE_CODE = "package club.throwable.compile;\n" +
        "\n" +
        "public class JdkDynamicCompileHelloService implements HelloService{\n" +
        "\n" +
        "    @Override\n" +
        "    public void sayHello(String name) {\n" +
        "        System.out.println(String.format(\"%s say hello [by jdk dynamic compile]\", name));\n" +
        "    }\n" +
        "}";

// 這裏不需要定義類文件,還原類文件內容如下
package club.throwable.compile;

public class JdkDynamicCompileHelloService implements HelloService{

    @Override
    public void sayHello(String name) {
        System.out.println(String.format("%s say hello [by jdk dynamic compile]", name));
    }
}

在組裝編譯任務實例之前,還有幾項工作需要完成:

  • 內置的JavaFileObject標準實現SimpleJavaFileObject是面向類源碼文件,由於動態編譯時候輸入的是類源碼文件的內容字符串,需要自行實現JavaFileObject
  • 內置的JavaFileManager是面向類路徑下的Java源碼文件進行加載,這裏也需要自行實現JavaFileManager
  • 需要自定義一個ClassLoader實例去加載編譯出來的動態類。

實現JavaFileObject

自行實現一個JavaFileObject,其實可以簡單點直接繼承SimpleJavaFileObject,覆蓋需要用到的方法即可:

public class CharSequenceJavaFileObject extends SimpleJavaFileObject {

    public static final String CLASS_EXTENSION = ".class";

    public static final String JAVA_EXTENSION = ".java";

    private static URI fromClassName(String className) {
        try {
            return new URI(className);
        } catch (URISyntaxException e) {
            throw new IllegalArgumentException(className, e);
        }
    }

    private ByteArrayOutputStream byteCode;
    private final CharSequence sourceCode;

    public CharSequenceJavaFileObject(String className, CharSequence sourceCode) {
        super(fromClassName(className + JAVA_EXTENSION), Kind.SOURCE);
        this.sourceCode = sourceCode;
    }

    public CharSequenceJavaFileObject(String fullClassName, Kind kind) {
        super(fromClassName(fullClassName), kind);
        this.sourceCode = null;
    }

    public CharSequenceJavaFileObject(URI uri, Kind kind) {
        super(uri, kind);
        this.sourceCode = null;
    }
    
    @Override
    public CharSequence getCharContent(boolean ignoreEncodingErrors) throws IOException {
        return sourceCode;
    }

    @Override
    public InputStream openInputStream() {
        return new ByteArrayInputStream(getByteCode());
    }
    
    // 注意這個方法是編譯結果回調的OutputStream,回調成功后就能通過下面的getByteCode()方法獲取目標類編譯后的字節碼字節數組
    @Override
    public OutputStream openOutputStream() {
        return byteCode = new ByteArrayOutputStream();
    }

    public byte[] getByteCode() {
        return byteCode.toByteArray();
    }
}

如果編譯成功之後,直接通過自行添加的CharSequenceJavaFileObject#getByteCode()方法即可獲取目標類編譯后的字節碼對應的字節數組(二進制內容)。這裏的CharSequenceJavaFileObject預留了多個構造函數用於兼容原有的編譯方式。

實現ClassLoader

只要簡單繼承ClassLoader即可,關鍵是要覆蓋原來的ClassLoader#findClass()方法,用於搜索自定義的JavaFileObject實例,從而提取對應的字節碼字節數組進行裝載,為了實現這一點可以添加一個哈希表作為緩存,鍵-值分別是全類名的別名(xx.yy.MyClass形式,而非URI模式)和目標類對應的JavaFileObject實例。

public class JdkDynamicCompileClassLoader extends ClassLoader {

    public static final String CLASS_EXTENSION = ".class";

    private final Map<String, JavaFileObject> javaFileObjectMap = Maps.newConcurrentMap();

    public JdkDynamicCompileClassLoader(ClassLoader parentClassLoader) {
        super(parentClassLoader);
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        JavaFileObject javaFileObject = javaFileObjectMap.get(name);
        if (null != javaFileObject) {
            CharSequenceJavaFileObject charSequenceJavaFileObject = (CharSequenceJavaFileObject) javaFileObject;
            byte[] byteCode = charSequenceJavaFileObject.getByteCode();
            return defineClass(name, byteCode, 0, byteCode.length);
        }
        return super.findClass(name);
    }

    @Nullable
    @Override
    public InputStream getResourceAsStream(String name) {
        if (name.endsWith(CLASS_EXTENSION)) {
            String qualifiedClassName = name.substring(0, name.length() - CLASS_EXTENSION.length()).replace('/', '.');
            CharSequenceJavaFileObject javaFileObject = (CharSequenceJavaFileObject) javaFileObjectMap.get(qualifiedClassName);
            if (null != javaFileObject && null != javaFileObject.getByteCode()) {
                return new ByteArrayInputStream(javaFileObject.getByteCode());
            }
        }
        return super.getResourceAsStream(name);
    }

    /**
     * 暫時存放編譯的源文件對象,key為全類名的別名(非URI模式),如club.throwable.compile.HelloService
     */
    void addJavaFileObject(String qualifiedClassName, JavaFileObject javaFileObject) {
        javaFileObjectMap.put(qualifiedClassName, javaFileObject);
    }

    Collection<JavaFileObject> listJavaFileObject() {
        return Collections.unmodifiableCollection(javaFileObjectMap.values());
    }
}

實現JavaFileManager

JavaFileManagerJava文件的抽象管理器,它用於管理常規的Java文件,但是不局限於文件,也可以管理其他來源的Java類文件數據。下面就通過實現一個自定義的JavaFileManager用於管理字符串類型的源代碼。為了簡單起見,可以直接繼承已經存在的ForwardingJavaFileManager

public class JdkDynamicCompileJavaFileManager extends ForwardingJavaFileManager<JavaFileManager> {

    private final JdkDynamicCompileClassLoader classLoader;
    private final Map<URI, JavaFileObject> javaFileObjectMap = Maps.newConcurrentMap();

    public JdkDynamicCompileJavaFileManager(JavaFileManager fileManager, JdkDynamicCompileClassLoader classLoader) {
        super(fileManager);
        this.classLoader = classLoader;
    }

    private static URI fromLocation(Location location, String packageName, String relativeName) {
        try {
            return new URI(location.getName() + '/' + packageName + '/' + relativeName);
        } catch (URISyntaxException e) {
            throw new IllegalArgumentException(e);
        }
    }

    @Override
    public FileObject getFileForInput(Location location, String packageName, String relativeName) throws IOException {
        JavaFileObject javaFileObject = javaFileObjectMap.get(fromLocation(location, packageName, relativeName));
        if (null != javaFileObject) {
            return javaFileObject;
        }
        return super.getFileForInput(location, packageName, relativeName);
    }

    /**
     * 這裡是編譯器返回的同(源)Java文件對象,替換為CharSequenceJavaFileObject實現
     */
    @Override
    public JavaFileObject getJavaFileForOutput(Location location, String className, JavaFileObject.Kind kind, FileObject sibling) throws IOException {
        JavaFileObject javaFileObject = new CharSequenceJavaFileObject(className, kind);
        classLoader.addJavaFileObject(className, javaFileObject);
        return javaFileObject;
    }

    /**
     * 這裏覆蓋原來的類加載器
     */
    @Override
    public ClassLoader getClassLoader(Location location) {
        return classLoader;
    }

    @Override
    public String inferBinaryName(Location location, JavaFileObject file) {
        if (file instanceof CharSequenceJavaFileObject) {
            return file.getName();
        }
        return super.inferBinaryName(location, file);
    }

    @Override
    public Iterable<JavaFileObject> list(Location location, String packageName, Set<JavaFileObject.Kind> kinds, boolean recurse) throws IOException {
        Iterable<JavaFileObject> superResult = super.list(location, packageName, kinds, recurse);
        List<JavaFileObject> result = Lists.newArrayList();
        // 這裏要區分編譯的Location以及編譯的Kind
        if (location == StandardLocation.CLASS_PATH && kinds.contains(JavaFileObject.Kind.CLASS)) {
            // .class文件以及classPath下
            for (JavaFileObject file : javaFileObjectMap.values()) {
                if (file.getKind() == JavaFileObject.Kind.CLASS && file.getName().startsWith(packageName)) {
                    result.add(file);
                }
            }
            // 這裏需要額外添加類加載器加載的所有Java文件對象
            result.addAll(classLoader.listJavaFileObject());
        } else if (location == StandardLocation.SOURCE_PATH && kinds.contains(JavaFileObject.Kind.SOURCE)) {
            // .java文件以及編譯路徑下
            for (JavaFileObject file : javaFileObjectMap.values()) {
                if (file.getKind() == JavaFileObject.Kind.SOURCE && file.getName().startsWith(packageName)) {
                    result.add(file);
                }
            }
        }
        for (JavaFileObject javaFileObject : superResult) {
            result.add(javaFileObject);
        }
        return result;
    }

    /**
     * 自定義方法,用於添加和緩存待編譯的源文件對象
     */
    public void addJavaFileObject(Location location, String packageName, String relativeName, JavaFileObject javaFileObject) {
        javaFileObjectMap.put(fromLocation(location, packageName, relativeName), javaFileObject);
    }
}

注意在這個類中引入了自定義類加載器JdkDynamicCompileClassLoader,目的是為了實現JavaFileObject實例的共享以及為文件管理器提供類加載器實例。

動態編譯和運行

前置準備工作完成,我們可以通過JavaCompiler去編譯這個前面提到的字符串,為了字節碼的兼容性更好,編譯的時候可以指定稍低的JDK版本例如1.6

public class Client {

    static String SOURCE_CODE = "package club.throwable.compile;\n" +
            "\n" +
            "public class JdkDynamicCompileHelloService implements HelloService{\n" +
            "\n" +
            "    @Override\n" +
            "    public void sayHello(String name) {\n" +
            "        System.out.println(String.format(\"%s say hello [by jdk dynamic compile]\", name));\n" +
            "    }\n" +
            "}";

    /**
     * 編譯診斷收集器
     */
    static DiagnosticCollector<JavaFileObject> DIAGNOSTIC_COLLECTOR = new DiagnosticCollector<>();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 獲取系統編譯器實例
        JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
        // 設置編譯參數 - 指定編譯版本為JDK1.6以提高兼容性
        List<String> options = new ArrayList<>();
        options.add("-source");
        options.add("1.6");
        options.add("-target");
        options.add("1.6");
        // 獲取標準的Java文件管理器實例
        StandardJavaFileManager manager = compiler.getStandardFileManager(DIAGNOSTIC_COLLECTOR, null, null);
        // 初始化自定義類加載器
        JdkDynamicCompileClassLoader classLoader = new JdkDynamicCompileClassLoader(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
        // 初始化自定義Java文件管理器實例
        JdkDynamicCompileJavaFileManager fileManager = new JdkDynamicCompileJavaFileManager(manager, classLoader);
        String packageName = "club.throwable.compile";
        String className = "JdkDynamicCompileHelloService";
        String qualifiedName = packageName + "." + className;
        // 構建Java源文件實例
        CharSequenceJavaFileObject javaFileObject = new CharSequenceJavaFileObject(className, SOURCE_CODE);
        // 添加Java源文件實例到自定義Java文件管理器實例中
        fileManager.addJavaFileObject(
                StandardLocation.SOURCE_PATH,
                packageName,
                className + CharSequenceJavaFileObject.JAVA_EXTENSION,
                javaFileObject
        );
        // 初始化一個編譯任務實例
        JavaCompiler.CompilationTask compilationTask = compiler.getTask(
                null,
                fileManager,
                DIAGNOSTIC_COLLECTOR,
                options,
                null,
                Lists.newArrayList(javaFileObject)
        );
        // 執行編譯任務
        Boolean result = compilationTask.call();
        System.out.println(String.format("編譯[%s]結果:%s", qualifiedName, result));
        Class<?> klass = classLoader.loadClass(qualifiedName);
        HelloService instance = (HelloService) klass.getDeclaredConstructor().newInstance();
        instance.sayHello("throwable");
    }
}

輸出結果如下:

編譯[club.throwable.compile.JdkDynamicCompileHelloService]結果:true
throwable say hello [by jdk dynamic compile]

可見通過了字符串的類源碼,實現了動態編譯、類加載、反射實例化以及最終的方法調用。另外,編譯過程的診斷信息可以通過DiagnosticCollector實例獲取。為了復用,這裏可以把JDK動態編譯的過程抽取到一個方法中:

public final class JdkCompiler {

    static DiagnosticCollector<JavaFileObject> DIAGNOSTIC_COLLECTOR = new DiagnosticCollector<>();

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <T> T compile(String packageName,
                                String className,
                                String sourceCode,
                                Class<?>[] constructorParamTypes,
                                Object[] constructorParams) throws Exception {
        // 獲取系統編譯器實例
        JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
        // 設置編譯參數
        List<String> options = new ArrayList<>();
        options.add("-source");
        options.add("1.6");
        options.add("-target");
        options.add("1.6");
        // 獲取標準的Java文件管理器實例
        StandardJavaFileManager manager = compiler.getStandardFileManager(DIAGNOSTIC_COLLECTOR, null, null);
        // 初始化自定義類加載器
        JdkDynamicCompileClassLoader classLoader = new JdkDynamicCompileClassLoader(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
        // 初始化自定義Java文件管理器實例
        JdkDynamicCompileJavaFileManager fileManager = new JdkDynamicCompileJavaFileManager(manager, classLoader);
        String qualifiedName = packageName + "." + className;
        // 構建Java源文件實例
        CharSequenceJavaFileObject javaFileObject = new CharSequenceJavaFileObject(className, sourceCode);
        // 添加Java源文件實例到自定義Java文件管理器實例中
        fileManager.addJavaFileObject(
                StandardLocation.SOURCE_PATH,
                packageName,
                className + CharSequenceJavaFileObject.JAVA_EXTENSION,
                javaFileObject
        );
        // 初始化一個編譯任務實例
        JavaCompiler.CompilationTask compilationTask = compiler.getTask(
                null,
                fileManager,
                DIAGNOSTIC_COLLECTOR,
                options,
                null,
                Lists.newArrayList(javaFileObject)
        );
        Boolean result = compilationTask.call();
        System.out.println(String.format("編譯[%s]結果:%s", qualifiedName, result));
        Class<?> klass = classLoader.loadClass(qualifiedName);
        return (T) klass.getDeclaredConstructor(constructorParamTypes).newInstance(constructorParams);
    }
}

Javassist動態編譯

既然有JDK的動態編譯,為什麼還存在Javassist這樣的字節碼增強工具?撇開性能或者效率層面,JDK動態編譯存在比較大的局限性,比較明顯的一點就是無法完成字節碼插樁,換言之就是無法基於原有的類和方法進行修飾或者增強,但是Javassist可以做到。再者,Javassist提供的APIJDK反射的API十分相近,如果反射平時用得比較熟練,Javassist的上手也就變得比較簡單。這裏僅僅列舉一個增強前面提到的DefaultHelloService的例子,先引入依賴:

<dependency>
    <groupId>org.javassist</groupId>
    <artifactId>javassist</artifactId>
    <version>3.27.0-GA</version>
</dependency>

編碼如下:

public class JavassistClient {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
        CtClass cc = pool.get("club.throwable.compile.DefaultHelloService");
        CtMethod ctMethod = cc.getDeclaredMethod("sayHello", new CtClass[]{pool.get("java.lang.String")});
        ctMethod.insertBefore("System.out.println(\"insert before by Javassist\");");
        ctMethod.insertAfter("System.out.println(\"insert after by Javassist\");");
        Class<?> klass = cc.toClass();
        System.out.println(klass.getName());
        HelloService helloService = (HelloService) klass.getDeclaredConstructor().newInstance();
        helloService.sayHello("throwable");
    }
}

輸出結果如下:

club.throwable.compile.DefaultHelloService
insert before by Javassist
throwable say hello [by default]
insert after by Javassist

Javaassist這個單詞其實是JavaAssist兩個單詞拼接在一起,意為Java助手,是一個Java字節碼增強類庫:

  • 可以基於已經存在的類進行字節碼增強,例如修改已經存在的方法、變量,甚至是直接在原有的類中添加新的方法等。
  • 可以完全像積木拼接一樣,動態拼出一個全新的類。

不像ASMASM的學習曲線比較陡峭,屬於相對底層的字節碼操作類庫,當然從性能上來看ASM對字節碼增強的效率遠高於其他高層次封裝的框架)那樣需要對字節碼編程十分了解,Javaassist降低了字節碼增強功能的入門難度。

進階例子

現在定義一個接口MysqlInfoMapper,用於動態執行一條已知的SQL,很簡單,就是查詢MySQL的系統表mysql裏面的用戶信息SELECT Host,User FROM mysql.user

@Data
public class MysqlUser {

    private String host;
    private String user;
}

public interface MysqlInfoMapper {

    List<MysqlUser> selectAllMysqlUsers();
}

假設現在只提供一個MySQL的驅動包(mysql:mysql-connector-java:jar:8.0.20),暫時不能依賴任何高層次的框架,要動態實現MysqlInfoMapper接口,優先整理需要的組件:

  • 需要一個連接管理器去管理MySQL的連接。
  • 需要一個SQL執行器用於執行查詢SQL
  • 需要一個結果處理器去提取和轉換查詢結果。

為了簡單起見,筆者在定義這三個組件接口的時候順便在接口中通過單例進行實現(部分配置完全寫死):

// 連接管理器
public interface ConnectionManager {

    String USER_NAME = "root";

    String PASS_WORD = "root";

    String URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/mysql?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&serverTimezone=GMT%2B8&useSSL=false";

    Connection newConnection() throws SQLException;

    void closeConnection(Connection connection);

    ConnectionManager X = new ConnectionManager() {

        @Override
        public Connection newConnection() throws SQLException {
            return DriverManager.getConnection(URL, USER_NAME, PASS_WORD);
        }

        @Override
        public void closeConnection(Connection connection) {
            try {
                connection.close();
            } catch (Exception ignore) {

            }
        }
    };
}

// 執行器
public interface SqlExecutor {

    ResultSet execute(Connection connection, String sql) throws SQLException;

    SqlExecutor X = new SqlExecutor() {

        @Override
        public ResultSet execute(Connection connection, String sql) throws SQLException {
            Statement statement = connection.createStatement();
            statement.execute(sql);
            return statement.getResultSet();
        }
    };
}

// 結果處理器
public interface ResultHandler<T> {

    T handleResultSet(ResultSet resultSet) throws SQLException;

    ResultHandler<List<MysqlUser>> X = new ResultHandler<List<MysqlUser>>() {
        @Override
        public List<MysqlUser> handleResultSet(ResultSet resultSet) throws SQLException {
            try {
                List<MysqlUser> result = Lists.newArrayList();
                while (resultSet.next()) {
                    MysqlUser item = new MysqlUser();
                    item.setHost(resultSet.getString("Host"));
                    item.setUser(resultSet.getString("User"));
                    result.add(item);
                }
                return result;
            } finally {
                resultSet.close();
            }
        }
    };
}

接着需要動態編譯MysqlInfoMapper的實現類,它的源文件的字符串內容如下(注意不要在類路徑下新建這個DefaultMysqlInfoMapper類):

package club.throwable.compile;
import java.sql.Connection;
import java.sql.ResultSet;
import java.util.List;

public class DefaultMysqlInfoMapper implements MysqlInfoMapper {

    private final ConnectionManager connectionManager;
    private final SqlExecutor sqlExecutor;
    private final ResultHandler resultHandler;
    private final String sql;

    public DefaultMysqlInfoMapper(ConnectionManager connectionManager,
                                  SqlExecutor sqlExecutor,
                                  ResultHandler resultHandler,
                                  String sql) {
        this.connectionManager = connectionManager;
        this.sqlExecutor = sqlExecutor;
        this.resultHandler = resultHandler;
        this.sql = sql;
    }

    @Override
    public List<MysqlUser> selectAllMysqlUsers() {
        try {
            Connection connection = connectionManager.newConnection();
            try {
                ResultSet resultSet = sqlExecutor.execute(connection, sql);
                return (List<MysqlUser>) resultHandler.handleResultSet(resultSet);
            } finally {
                connectionManager.closeConnection(connection);
            }
        } catch (Exception e) {
            // 暫時忽略異常處理,統一封裝為IllegalStateException
            throw new IllegalStateException(e);
        }
    }
}

然後編寫一個客戶端進行動態編譯和執行:

public class MysqlInfoClient {

    static String SOURCE_CODE = "package club.throwable.compile;\n" +
            "import java.sql.Connection;\n" +
            "import java.sql.ResultSet;\n" +
            "import java.util.List;\n" +
            "\n" +
            "public class DefaultMysqlInfoMapper implements MysqlInfoMapper {\n" +
            "\n" +
            "    private final ConnectionManager connectionManager;\n" +
            "    private final SqlExecutor sqlExecutor;\n" +
            "    private final ResultHandler resultHandler;\n" +
            "    private final String sql;\n" +
            "\n" +
            "    public DefaultMysqlInfoMapper(ConnectionManager connectionManager,\n" +
            "                                  SqlExecutor sqlExecutor,\n" +
            "                                  ResultHandler resultHandler,\n" +
            "                                  String sql) {\n" +
            "        this.connectionManager = connectionManager;\n" +
            "        this.sqlExecutor = sqlExecutor;\n" +
            "        this.resultHandler = resultHandler;\n" +
            "        this.sql = sql;\n" +
            "    }\n" +
            "\n" +
            "    @Override\n" +
            "    public List<MysqlUser> selectAllMysqlUsers() {\n" +
            "        try {\n" +
            "            Connection connection = connectionManager.newConnection();\n" +
            "            try {\n" +
            "                ResultSet resultSet = sqlExecutor.execute(connection, sql);\n" +
            "                return (List<MysqlUser>) resultHandler.handleResultSet(resultSet);\n" +
            "            } finally {\n" +
            "                connectionManager.closeConnection(connection);\n" +
            "            }\n" +
            "        } catch (Exception e) {\n" +
            "            // 暫時忽略異常處理,統一封裝為IllegalStateException\n" +
            "            throw new IllegalStateException(e);\n" +
            "        }\n" +
            "    }\n" +
            "}\n";

    static String SQL = "SELECT Host,User FROM mysql.user";

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MysqlInfoMapper mysqlInfoMapper = JdkCompiler.compile(
                "club.throwable.compile",
                "DefaultMysqlInfoMapper",
                SOURCE_CODE,
                new Class[]{ConnectionManager.class, SqlExecutor.class, ResultHandler.class, String.class},
                new Object[]{ConnectionManager.X, SqlExecutor.X, ResultHandler.X, SQL});
        System.out.println(JSON.toJSONString(mysqlInfoMapper.selectAllMysqlUsers()));
    }
}

最終的輸出結果是:

編譯[club.throwable.compile.DefaultMysqlInfoMapper]結果:true
[{"host":"%","user":"canal"},{"host":"%","user":"doge"},{"host":"localhost","user":"mysql.infoschema"},{"host":"localhost","user":"mysql.session"},{"host":"localhost","user":"mysql.sys"},{"host":"localhost","user":"root"}]

然後筆者查看本地安裝的MySQL中的結果,驗證該查詢結果是正確的。

這裏筆者為了簡化整個例子,沒有在MysqlInfoMapper#selectAllMysqlUsers()方法中添加查詢參數,可以嘗試一下查詢的SQLSELECT Host,User FROM mysql.user WHERE User = 'xxx'場景下的編碼實現。

如果把動態實現的DefaultMysqlInfoMapper註冊到IOC容器中,就可以實現MysqlInfoMapper按照類型自動裝配。
如果把SQL和參數處理可以抽離到單獨的文件中,並且實現一個對應的文件解析器,那麼就可以把類文件和SQL隔離,MybatisHibernate都是這樣做的。

小結

動態編譯或者更底層的面向字節碼層面的編程,其實是一個十分有挑戰性但是可以創造無限可能的領域,本文只是簡單分析了一下Java源碼編譯的過程,並且通過一些簡單的例子進行動態編譯的模擬,離使用於實際應用中還有不少距離,後面需要花更多的時間去分析一下相關領域的知識。

參考資料:

  • JDK11部分源碼
  • 《深入理解Java虛擬機 – 3rd》
  • Javassist

(本文完 c-4-d e-a-20200606 0:23)

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