作者：京東科技 宋慧超

一、前言

最近在開發一個功能模塊時，在功能自測階段，通過使用單測測試功能的完整性，在測試單測聯通性使用到靜態方法測試時，發現單測報錯，通過查閱解決方案發現需要對Javaassist包進行排包或者升版本處理。通過排包解決掉單測報錯，在部署項目時發現頻繁報bean注入失敗問題，最終定位發現是因為對Javaassist包排包引起的bean加載失敗。故而對Javaassist包相關知識進行學習整理文章如下。

單測相關報錯信息如下：

Powermock - java.lang.IllegalStateException: Failed to transform class

解決單測報錯的文章鏈接：

https://stackoverflow.com/questions/32854688/powermock-java-lang-illegalstateexception-failed-to-transform-class

二、問題復現

1、前期準備

首先使用了Spring框架新建一個demo，并寫一個簡單測試類對問題進行復現。

UserService的定義：

public interface UserService {
    void save(User user);
}

UserServiceImpl的實現代碼：

@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {
    private UserDao userDao;

    @Autowired
    public UserServiceImpl(UserDao userDao) {
        this.userDao = userDao;
    }

    @Override
    public void save(User user) {
        userDao.save(user);
    }
}

這里我們使用了Spring框架的@Service和@Autowired注解，以便讓Spring框架自動裝配UserDao實例。

但是，在我們的POM文件中，雖然我們添加了對Spring框架的依賴，但是并沒有添加Javaassist庫的依賴。而UserServiceImpl中確實使用了Javaassist庫來進行字節碼操作， UserServiceImpl的具體實現代碼：

public class UserServiceImpl implements UserService {
    // ...
    private static final String USER_CLASS_NAME = "com.example.User";

    private static final Class USER_CLASS;

    static {
        try {
            USER_CLASS = Class.forName(USER_CLASS_NAME);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public void save(User user) {
        try {
            // 創建一個ClassPool對象
            ClassPool cp = ClassPool.getDefault();

            // 從ClassPool中獲取一個CtClass對象
            CtClass ctClass = cp.get(USER_CLASS_NAME);

            // 獲取無參構造器
            CtConstructor ctConstructor = ctClass.getDeclaredConstructor(new CtClass[]{});

            // 獲取save方法
            CtMethod saveMethod = ctClass.getDeclaredMethod("save");

            // 生成代碼
            saveMethod.insertBefore("{System.out.println("插入代碼前");}");
            saveMethod.insertAfter("{System.out.println("插入代碼后");}");

            // 生成新的字節碼并裝載到內存
            Class targetClass = ctClass.toClass();
            Object instance = targetClass.newInstance();

            // 調用save方法
            Method method = targetClass.getMethod("save", USER_CLASS);
            method.invoke(instance, user);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

在這段代碼中，我們通過Javaassist庫生成了一個新的字節碼，并使用反射機制將其實例化，并在調用save()方法前后插入了一些代碼。但是，由于Javaassist庫缺失，導致項目在啟動過程中無法正確加載UserServiceImpl的實例，從而出現了下述錯誤信息。

2、報錯信息

在部署程序時發現，應用無法正常啟動，并出現如下錯誤信息：

org.springframework.beans.factory.BeanCreationException: Error creating bean with name 'userService' defined in file [C:workspaceprojecttargetclassescomexampleUserServiceImpl.class]: Instantiation of bean failed; nested exception is org.springframework.beans.BeanInstantiationException: Failed to instantiate [com.example.UserService]: No default constructor found; nested exception is java.lang.NoSuchMethodException: com.example.UserService.()

從錯誤信息中我們可以看到，應用在創建UserService的實例時遇到了問題，無法實例化成功。

3、解決方案

為了修復這個問題，我們需要在POM文件中加入對Javaassist庫的依賴：

    org.javassist
    javassist
    3.27.0-GA

添加依賴后，重新編譯并部署應用程序即可正常運行。

三、Javaassist包

1、什么是Javaassist？

Javaassist 是由東京工業大學數學和計算機科學系的 Shigeru Chiba （千葉滋）教授創造的。Javaassist 作為實現動態字節碼生成的一個開源類庫，極大地簡化了 Java 開發者對底層字節碼操作的難度，讓開發者能夠更加輕松地在運行時動態生成類、修改類文件來達到輕量級 AOP、ORM、基于代理的遠程方法調用等功能。

(Javaassist已加入了開放源代碼JBoss 應用服務器項目,通過使用Javaassist對字節碼操作為JBoss實現動態AOP框架。)

2、什么是動態編程？

動態編程是相對于靜態編程而言的,平時我們討論比較多的就是靜態編程語言，例如Java，與動態編程語言，例如JavaScript。那二者有什么明顯的區別呢？簡單的說就是在靜態編程中，類型檢查是在編譯時完成的，而動態編程中類型檢查是在運行時完成的。所謂動態編程就是繞過編譯過程在運行時進行操作的技術，在Java中有如下幾種方式：

?反射

這個搞Java的應該比較熟悉，原理也就是通過在運行時獲得類型信息然后做相應的操作。由于Java執行過程中是將類型載入虛擬機中的，在運行時我們就可以動態獲取到所有類型的信息。只能獲取卻不能修改類型信息。

?動態編譯

動態編譯是從Java 6開始支持的，主要是通過一個JavaCompiler接口來完成的。通過這種方式我們可以直接編譯一個已經存在的java文件，也可以在內存中動態生成Java代碼，動態編譯執行。

?調用JavaScript引擎

早在Java 6就加入了對Script(JSR223)的支持。這是一個腳本框架，提供了讓腳本語言來訪問Java內部的方法。你可以在運行的時候找到腳本引擎，然后調用這個引擎去執行腳本。這個腳本API允許你為腳本語言提供Java支持。

?動態生成字節碼

這種技術通過操作Java字節碼的方式在JVM中生成新類或者對已經加載的類動態添加元素。

3、動態編程解決什么問題？

在靜態語言中引入動態特性，主要是為了解決一些使用場景的痛點。其實完全使用靜態編程也辦的到，只是付出的代價比較高，沒有動態編程來的優雅。例如依賴注入框架Spring使用了反射，而Dagger2 卻使用了代碼生成的方式（APT）。

例如：

a： 在那些依賴關系需要動態確認的場景: b： 需要在運行時動態插入代碼的場景，比如動態代理的實現。 c： 通過配置文件來實現相關功能的場景

4、Javassit使用方法

javassist是jboss的一個子項目，其主要的優點，在于簡單，而且快速。直接使用java編碼的形式，而不需要了解虛擬機指令，就能動態改變類的結構，或者動態生成類。

操作java字節碼的工具有兩個比較流行，一個是ASM，一個是Javassit 。

?ASM ：直接操作字節碼指令，執行效率高，要求使用者掌握Java類字節碼文件格式及指令，對使用者的要求比較高。

?Javassit 提供了更高級的API，執行效率相對較差，但無需掌握字節碼指令的知識，對使用者要求較低。

應用層面來講一般使用建議優先選擇Javassit，如果后續發現Javassit 成為了整個應用的效率瓶頸的話可以再考慮ASM。當然如果開發的是一個基礎類庫，或者基礎平臺，還是直接使用ASM吧，相信從事這方面工作的開發者能力應該比較高。

Javassist中最為重要的是ClassPool，CtClass ，CtMethod 以及 CtField這幾個類。

?ClassPool：一個基于HashMap實現的CtClass對象容器，其中鍵是類名稱，值是表示該類的CtClass對象。默認的ClassPool使用與底層JVM相同的類路徑，因此在某些情況下，可能需要向ClassPool添加類路徑或類字節。

? getDefault (): 返回默認的ClassPool ，單例模式，一般通過該方法創建我們的ClassPool；

? appendClassPath(ClassPath cp), insertClassPath(ClassPath cp) : 將一個ClassPath加到類搜索路徑的末尾位置或插入到起始位置。通常通過該方法寫入額外的類搜索路徑，以解決多個類加載器環境中找不到類問題；

? importPackage(String packageName):導入包；

? makeClass(String classname):創建一個空類，沒有變量和方法，后序通過CtClass的函數進行添加；

? get(String classname)、getCtClass(String classname) : 根據類路徑名獲取該類的CtClass對象，用于后續的編輯。

?CtClass：表示一個類，這些CtClass對象可以從ClassPool獲得。

?debugDump; String類型，如果生成.class文件，保存在這個目錄下。

?setName(String name): 給類重命名;

?setSuperclass(CtClass clazz): 設置父類;

?addField(CtField f, Initializer init): 添加字段（屬性），初始值見CtField；

?addMethod(CtMethod m): 添加方法（函數）；

?toBytecode(): 返回修改后的字節碼。需要注意的是一旦調用該方法，則無法繼續修改CtClass；

?toClass(): 將修改后的CtClass加載至當前線程的上下文類加載器中，CtClass的toClass方法是通過調用本方法實現。需要注意的是一旦調用該方法，則無法繼續修改已經被加載的CtClass；

?writeFile(String directoryName): 根據CtClass生成 .class 文件；

?defrost(): 解凍類，用于使用了toclass()、toBytecode、writeFile()，類已經被JVM加載，Javassist凍結CtClass后；

?detach(): 避免內存溢出，從ClassPool中移除一些不需要的CtClass。

?CtMethods：表示類中的方法。

?insertBefore(String src):在方法的起始位置插入代碼；

?insertAfter(String src):在方法的所有 return 語句前插入代碼以確保語句能夠被執行，除非遇到exception；

?insertAt(int lineNum, String src):在指定的位置插入代碼；

?addCatch(String src, CtClass exceptionType):將方法內語句作為try的代碼塊，插入catch代碼塊src;

?setBody(String src):將方法的內容設置為要寫入的代碼，當方法被 abstract修飾時，該修飾符被移除；

?setModifiers(int mod):設置訪問級別，一般使用Modifier調用常量;

?invoke(Object obj, Object... args):反射調用字節碼生成類的方法。

?CtFields ：表示類中的字段。

?CtField(CtClass type, String name, CtClass declaring) :構造函數，添加字段類型，名稱，所屬的類;

?CtField.Initializer constant():CtClass使用addField時初始值的設置;

?setModifiers(int mod):設置訪問級別，一般使用Modifier調用常量。

?$開頭的特殊字符

5、常用的Java插樁工具有哪些？

Java 插樁工具是一種能夠修改 Java 字節碼的工具，通過在應用程序運行時動態修改字節碼來實現對程序的監控、跟蹤、調試和優化等功能。

四、總結

本文通過對由于Javaassist包缺失導致項目啟動過程中bean加載失敗的問題進行復現，并通過demo進行實例分析，解釋了因為缺失Javaassist庫導致的應用程序啟動失敗問題。并對Javaassist包相關知識進行介紹，后續會繼續對Javaassist相關知識進行學習補充。

建議大家在構建Maven項目時，仔細檢查POM文件中的依賴，確保沒有漏掉任何必要的庫，以免因為遺漏而引起不必要的問題。

審核編輯 黃宇