徒手撸一个Mock框架(二)——如何创建final类的代理

上一篇中,我们还留下一个很复杂的问题,即如何创建一个final类的代理。

对于一般的类来说,我们使用cglib来创建代理的时候,只需要调用setSuperClass便足够了。然而,如果将一个final类作为参数传递过去,那么会抛出一个IllegalArgumentException: Cannot subclass final class

要解决这个问题,途径并不多。final作为一个非常关键的关键字,Java和Java虚拟机会在编译器和运行期都进行检查。以确保并不会有某个类是一个final类的子类。

好在,我们可以使用一些小伎俩。要知道的一点是,JVM只有在加载了类之后,才会知道这是一个final类。所以,我们要做的就是,在类完成加载之前,将一个final类修改为非final类。

没错,这就是要用到自定义类加载技术了。

ClassLoader

一般而言,如果要实现自定义的ClassLoader,只需要继承ClassLoader这个抽象类,而后重写findClass方法就可以。并且在findClass里面调用defineClass方法。

class MyClassLoader extends ClassLoader {
    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        // todo
        // byte[] bytes = new byte[];
        return defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
    }
}

实现ClassLoader并不难,难的是如何修改。

ASM

在Java里面,有一类工具叫做字节码操作工具。这一类工具常见于复杂框架中。

使用这一类工具一般有两个理由:

  1. 一些信息只有在运行期才能拿到,例如生成各种代理的框架;
  2. 另外一个理由就是,表达一些Java语言无法表达的语义。常见于各种基于JVM语言的编译工具里面;

这一次我们使用ASM工具。ASM和其余的诸如Javaassis, BCEL比起来,具有抽象层次高,功能完备的特点,美中不足的是,使用这个ASM工具要求对Java的字节码指令和.class文件格式有较深的理解。cglib也是一种字节码操作工具,但它是在ASM基础上的更高一级的抽象。

这一次我们只使用ASM里面的event based APIevent based API的核心是实现一个类,并且继承ClassVisitor

抽象类ClassVisitor其实并没有抽象方法。它里面的实现,就是按照读取的字节码流,原样返回。ClassVisitor是依照Visitor模式设计的,所以我们可以实现多个ClassVisitor以完成不同的功能。

这一次我们只需要实现一个就够了。这个实现的ClassVisitor非常简单,在读取.class文件的时候,将类的final标记去掉。

因此我们只需要重写:


这个方法有一大堆参数,不过我们只需要关注access参数。因为这个参数代表的就是一个类的“访问性”。通过阅读文档我们能知道,final是由16所代表的,二进制的话则是10000。常量org.objectweb.asm.Opcodes#ACC_FINAL恰好代表这个。

所以我们重写的地方很简单:

public class RemoveFinalFlagClassVisitor extends ClassVisitor {

    public RemoveFinalFlagClassVisitor(ClassVisitor cv) {
        super(Opcodes.ASM7, cv);
    }

    @Override
    public void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces) {
        // we have the final flag
        if((access & Opcodes.ACC_FINAL) == Opcodes.ACC_FINAL) {
            //remove the final flag
            access = access ^ Opcodes.ACC_FINAL;
        }
        super.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces);
    }
}

代码实际上很简单,只不过是用位运算了实现而已。

在调用super.visit的时候,我们就已经把final关键字去掉了。

ClassLoader的实现

这段代码也不难。ClassWriter自身也继承了ClassVisitor,所以实际上它和我们写的RemoveFinalFlagClassVisitor构成了一个Visitor链。

另外一个地方就是构造函数里面,我调用的是super(null),这只是为了将类加载器的parent设置为null,从而避免在loadClass的类先被父加载器加载了——如果被父加载器加载,我们就无法去掉final了,除非这个类不在父加载器的classpath里面。

换句话来说,这种实现破坏了著名的双亲委托模型

自己做的孽,含着泪也要顶住

于是我们会陷入另外一个问题,在双亲委托模型被破坏之后,我们的代码会出现一个很微妙的问题:

这个单测居然失败了,惊不惊喜,意不意外??

而且失败原因不是assertNotNull断言失败,而是第20行失败了,异常是java.lang.ClassCastException!详细的信息是:

java.lang.ClassCastException: class cn.com.flycash.stupidmock.testobj.FinalObject cannot be cast to class cn.com.flycash.stupidmock.testobj.FinalObject (cn.com.flycash.stupidmock.testobj.FinalObject is in unnamed module of loader cn.com.flycash.stupidmock.classloader.StupidMockClassLoader @50de0926; cn.com.flycash.stupidmock.testobj.FinalObject is in unnamed module of loader 'app')

也就是,在类型转换的时候,虚拟机发现创建实例的类的加载器是我们自定义的StupidMockClassLoader,而要转换到的类型虽然也是FinalObject,然而却是使用AppClassLoader加载的。

我们可以在AppClassLoader#loadClass里面打上断点,可以清楚看到,在我们的加载器加载了一次FinalObject.class之后,AppClassLoader又加载了一次。

出现这个问题根源在于,从Java语言层面上来说,或者编译层面上来说,类的全限定名就代表了类的唯一性,而在虚拟机层面上,类加载器+类全限定名才是类的唯一性

这种割裂,在开发各种框架的时候,会坑死人。

直接原因再说我在使用IDE运行测试的时候,FinalObject编译后的文件FinalObject.class出现在了AppClassLoaderclasspath之下。

那么现在有两个问题:

  1. 为什么JVM会触发第二次加载?毕竟按照理论上来说,我们自定义的类加载器已经加载到了这个类!
  2. 怎么解决这个问题?

这一章要解决的问题是“如何创建final类的代理”,到这里也算是创建出来了,只是又引出来新的问题。

新的问题且随它去,下一篇我将解释其中的一个问题。

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