使用 Unsafe.defineClass 在运行时定义多个类

Question

我正在为我的自定义编程语言开发 REPL。它在编译器之上实现，用于为输入生成字节码并使用 sun.misc.Unsafe.defineClass(String, byte[], int, int, ClassLoader, ProtectionDomain) 方法将其转换为 Class<?> 实例。相关代码如下（省略异常处理等无关部分）：

void compileAndLoad(List<ICompilable> compilables)
{
    List<Class<?>> classes = ...;
    for (ICompilable c : compilables)
    {
        classes.add(compile(compilable));
    }
    for (Class<?> c : classes)
    {
        UNSAFE.ensureClassInitialized(c);
    }
}

// CLASS_LOADER = Enclosing.class.getClassLoader()
// PROTECTION_DOMAIN = Enclosing.class.getClassLoader()

Class<?> compile(ICompilable compilable)
{
    byte[] bytecode = genBytecode(compilable);
    String name = compilable.getFullName() // e.g. 'foo.bar.Baz'
    return UNSAFE.defineClass(name, bytes, 0, bytes.length, CLASS_LOADER, PROTECTION_DOMAIN);
}

假设输入需要编译和加载多个 classes。

> class A { interface B { }; func b() = new B { /* anonymous class */ } }

compilables 列表包含内容

[ repl.Result_0, repl.Result_0$A, repl.Result_0$A[=14=], repl.Result_0$A$B ]

repl.Result_0$A class 依赖于 repl.Result_0$A[=20=] （匿名） class 和 repl.Result_0$B class 并在字节码。使用Unsafe定义时，会出现如下错误：

java.lang.NoClassDefFoundError: repl/Result_0$A$B
    at sun.misc.Unsafe.defineClass(Native Method)
    at MyClass.compile(MyClass.java:42)
    // ... snip
Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: repl.Result_0$A$B
    at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:381)
    at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424)
    at sun.misc.Launcher$AppClassLoader.loadClass(Launcher.java:331)
    at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
    ... 9 more

我知道这可以通过重新排序列表并首先定义 repl.Result_0$A$B 来解决，但这不是通用的解决方案，因为也可以从 B -> A 中引用。

有没有一种方法可以使用 Unsafe.defineClass 定义和加载多个 classes 而不会导致未解决的 classes 出现验证错误？

Answer 1

您的问题不是Unsafe.defineClass特有的，而是与程序逻辑有关。每当你“push”多个新的 classes 时，无论你是否使用 ClassLoader.defineClass or Unsafe.defineClass，你都必须避免前向引用，这会排除在你的 class依赖项。

对于 Unsafe.defineClass 的实际预期用例，例如反射访问器，有一个明确的依赖方向，因此没问题，但对于您的用例，它不是正确的工具。您必须定义一个 class 加载程序，它允许 JVM 在需要时“pull” classes，例如

void compileAndLoad(List<ICompilable> compilables) {
    Map<String,byte[]> compiled = new HashMap<>(compilables.size());
    for(ICompilable c: compilables)
        compiled.put(c.getFullName(), genBytecode(c));
    ClassLoader l = new ClassLoader(CLASS_LOADER) {
        @Override
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
            byte[] code = compiled.get(name);
            if(code == null) throw new ClassNotFoundException(name);
            return defineClass(name, code, 0, code.length);
        }
    };
    // the code below this line is questionable; it seems you are relying
    // on the side effects of a class initializer
    for(String name: compiled.keySet()) try {
        Class.forName(name, true, l);
    } catch (ClassNotFoundException ex) { throw new AssertionError(ex); }
}

请注意，该代码使用 Class.forName 而不是 loadClass 来像您的原始代码那样强制执行初始化。通常，代码不应该依赖于立即初始化，但是你没有使用加载的 classes 做任何其他事情，所以不清楚用什么来替代。通常的程序是对打算随后使用的 class 使用 loadClass，然后对它使用 return；初始化（以及依赖项的加载和初始化）将在其实际使用时发生。

进一步注意，整个代码无需使用 Unsafe…

使用 Unsafe.defineClass 在运行时定义多个类

Define multiple classes at runtime using Unsafe.defineClass

java

instrumentation

unsafe

verifyerror

jvm-bytecode

使用 Unsafe.defineClass 在运行时定义多个 类

Define multiple classes at runtime using Unsafe.defineClass

java

instrumentation

unsafe

verifyerror

jvm-bytecode

使用 Unsafe.defineClass 在运行时定义多个类