java Compiler API

原创
2019/05/21 16:01
阅读数 6.6K

在早期的版本中(Java SE5及以前版本)中只能通过tools.jar中的com.sun.tools.javac包来调用Java编译器,但由于tools.jar不是标准的Java库,在使用时必须要设置这个jar的路径。而在Java SE6中为我们提供了标准的包来操作Java编译器,这就是javax.tools包。

编译java文件

使用Java API来编译Java源代码有非常多方法,目前让我们来看一种最简单的方法,通过JavaCompiler进行编译。

使用ToolProvider.getSystemJavaCompiler来得到一个JavaCompiler接口的实例。

JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();

JavaCompiler中最核心的方法是run()。通过这个方法能编译java源代码。

int run(InputStream in, OutputStream out, OutputStream err, String... arguments)

参数分别用来为:

  1. java编译器提供参数
  2. 得到Java编译器的输出信息
  3. 接收编译器的错误信息,
  4. 一个或多个Java源程式文件

如果run编译成功,返回\(0\)。

如果前3个参数传入的是null,那么run方法将以标准的输入、输出代替,即System.inSystem.outSystem.err。如果我们要编译一个test.java文件,并将使用标准输入输出,run的使用方法如下:

int results = tool.run(null, null, null, "test.java");

完整的例子:

//CompileMain.java
import javax.tools.JavaCompiler;
import javax.tools.ToolProvider;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

public class CompileMain {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
        int result = compiler.run(null, null, null, "win.hgfdodo.dynamic.test.java");
        System.out.println(result == 0 ? "编译成功" : "编译失败");

        Process process = Runtime.getRuntime().exec("java win.hgfdodo.dynamic.test");
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(process.getInputStream()));
        String str;
        while ((str = bufferedReader.readLine()) != null) {
            System.out.println(str);
        }
    }
}
//test.java
public class test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("This is win.hgfdodo.dynamic.test class!");
    }
}
$ javac CompileMain.java 

$ java CompileMain             
编译成功
This is test class!

编译非文件形式源代码

JDK 6 的编译器 API 的另外一个强大之处在于,它可以编译的源文件的形式并不局限于文本文件JavaCompiler 类依靠文件管理服务可以编译多种形式的源文件。比如直接由内存中的字符串构造的文件,或者是从数据库中取出的文件。这种服务是由 JavaFileManager 类提供的。

在Java SE6中最佳的方法是使用StandardJavaFileManager类。这个类能非常好地控制输入、输出,并且能通过DiagnosticListener得到诊断信息,而DiagnosticCollector类就是listener的实现。新的 JDK 定义了 javax.tools.FileObjectjavax.tools.JavaFileObject 接口。任何类,只要实现了这个接口,就可以被 JavaFileManager 识别。

编译流程

使用StandardJavaFileManager步骤:

  1. 建立一个DiagnosticCollector实例
  2. 通过JavaCompiler.getStandardFileManager()方法得到一个StandardFileManager对象。
  3. 使用StandardFileManager获取需要编译的源代码。从文件或者字符流中获取源代码。
  4. JavaCompiler.getTask()生成编译任务抽象。
  5. 通过CompilationTask.call()方法编译源代码。
  6. 关闭StandardFileManager

在使用这种方法调用Java编译时最复杂的方法就是getTask,下面让我们讨论一下getTask方法。这个方法有如下所示的6个参数。

getTask(Writer out,
        JavaFileManager fileManager,
        DiagnosticListener<? super JavaFileObject> diagnosticListener,
        Iterable<String> options,
        Iterable<String> classes,
        Iterable<? extends JavaFileObject> compilationUnits)

这些参数大多数都可为null。他们的含义所下。

  • out: 用于输出错误的流,默认是System.err
  • fileManager:标准的文件管理。
  • diagnosticListener: 编译器的默认行为。
  • options: 编译器的选项
  • classes:参和编译的class。
  • compilationUnits: 待编译的Java文件,不能为null

CompilationTask 提供了 setProcessors(Iterable<? extends Processor>processors)方法,用户可以制定处理 annotation 的处理器。

在使用完getTask前,需要通过StandardJavaFileManager.getJavaFileObjectsFromFiles()StandardJavaFileManager.getJavaFileObjectsFromStrings方法得到待编译的compilationUnits对象。

也可以通过继承/实现SimpleJavaObject获取带编译的对象。

调用这两个方法的方式如下:

Iterable<? extends JavaFileObject> getJavaFileObjectsFromFiles(Iterable<? extends File> files)
Iterable<? extends JavaFileObject> getJavaFileObjectsFromStrings(Iterable<String> names)

String[] filenames = …;
Iterable<? extends JavaFileObject> compilationUnits =
fileManager.getJavaFileObjectsFromFiles(Arrays.asList(filenames));

JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask(null, fileManager,
diagnostics, options, null, compilationUnits);

最后需要关闭fileManager.close();

例如:

package win.hgfdodo.dynamic;

import javax.tools.JavaCompiler;
import javax.tools.JavaFileObject;
import javax.tools.StandardJavaFileManager;
import javax.tools.ToolProvider;
import java.util.Arrays;

public class JavaFileManagerMain {
    public static void main(String[] args) {
        String fullQuanlifiedFileName = "win.hgfdodo.dynamic.".replaceAll("\\.", java.io.File.separator) + "Calculator.java";
        JavaCompiler compiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
        StandardJavaFileManager fileManager =
                compiler.getStandardFileManager(null, null, null);

        Iterable<? extends JavaFileObject> files =
                fileManager.getJavaFileObjectsFromStrings(
                        Arrays.asList(fullQuanlifiedFileName));
        JavaCompiler.CompilationTask task = compiler.getTask(
                null, fileManager, null, null, null, files);

        Boolean result = task.call();
        if (result == true) {
            System.out.println("Succeeded");
        }
    }
}

package win.hgfdodo.dynamic;

public class Calculator {
    public int multiply(int multiplicand, int multiplier) {
        return multiplicand * multiplier;
    }
}

JavaFileObject获取java源程序

开发者希望生成 Calculator 的一个测试类,而不是手工编写。使用 compiler API,可以将内存中的一段字符串,编译成一个 CLASS 文件。

定制 JavaFileObject 对象:

package win.hgfdodo.dynamic;

import javax.tools.SimpleJavaFileObject;
import java.io.IOException;
import java.net.URI;
import java.net.URISyntaxException;

public class StringObject extends SimpleJavaFileObject {
    private String content = null;

    protected StringObject(String className, String contents) throws URISyntaxException {
        super(new URI(className), Kind.SOURCE);
        this.content = contents;
    }

    @Override
    public CharSequence getCharContent(boolean ignoreEncodingErrors) throws IOException {
        return content;
    }
}

SimpleJavaFileObjectJavaFileObject 的子类,它提供了默认的实现。继承 SimpleJavaObject 之后,只需要实现 getCharContent 方法。

接下来,在内存中构造 Calculator 的测试类 CalculatorTest,并将代表该类的字符串放置到 StringObject 中,传递给 JavaCompiler.getTask 方法。

具体如下:

package win.hgfdodo.dynamic;

import javax.tools.JavaCompiler;
import javax.tools.JavaFileObject;
import javax.tools.StandardJavaFileManager;
import javax.tools.ToolProvider;
import java.net.URISyntaxException;
import java.util.Arrays;

public class StringClassCompilerMain {
    public static void main(String[] args) {
        JavaCompiler javaCompiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
        StandardJavaFileManager standardJavaFileManager = javaCompiler.getStandardFileManager(null, null, null);
        JavaFileObject testFile = generateTest();
        Iterable<? extends JavaFileObject> classes = Arrays.asList(testFile);
        JavaCompiler.CompilationTask task = javaCompiler.getTask(null, standardJavaFileManager, null, null, null, classes);
        if(task.call()){
            System.out.println("success");
        }else{
            System.out.println("failure!");
        }

    }

    private static JavaFileObject generateTest() {
        String contents = new String(
                "package win.hgfdodo.dynamic;" +
                        "class CalculatorTest {\n" +
                        "  public void testMultiply() {\n" +
                        "    Calculator c = new Calculator();\n" +
                        "    System.out.println(c.multiply(2, 4));\n" +
                        "  }\n" +
                        "  public static void main(String[] args) {\n" +
                        "    CalculatorTest ct = new CalculatorTest();\n" +
                        "    ct.testMultiply();\n" +
                        "  }\n" +
                        "}\n");
        StringObject so = null;
        try {
            so = new StringObject("win.hgfdodo.dynamic.CalculatorTest", contents);
        } catch (URISyntaxException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return so;

    }
}

采集编译器的诊断信息

收集编译过程中的诊断信息是JDK6新增的内容。诊断信息,通常指错误、警告或是编译过程中的详尽输出。

JDK 6 通过 Listener 机制,获取这些信息。如果要注册一个 DiagnosticListener,必须使用 CompilationTask 来进行编译,因为 Tool.run 方法没有办法注册 Listener

步骤:

  1. 构造一个 Listener
  2. 传递给 JavaFileManager 的构造函数;
  3. 编译完成后,获取Diagnostic列表;
  4. 输出诊断信息。

例子:

package win.hgfdodo.dynamic;

import javax.tools.*;
import java.net.URISyntaxException;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Locale;

public class StringClassCompilerMain {
    public static void main(String[] args) {
        JavaCompiler javaCompiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
        DiagnosticCollector<JavaFileObject> collector = new DiagnosticCollector<>();
        StandardJavaFileManager standardJavaFileManager = javaCompiler.getStandardFileManager(null, null, null);
        JavaFileObject testFile = generateTest();
        Iterable<? extends JavaFileObject> classes = Arrays.asList(testFile);
        JavaCompiler.CompilationTask task = javaCompiler.getTask(null, standardJavaFileManager, collector, null, null, classes);
        if(task.call()){
            System.out.println("success");
        }else{
            System.out.println("failure!");
        }

        List<Diagnostic<? extends JavaFileObject>> diagnostics = collector.getDiagnostics();
        for (Diagnostic<? extends JavaFileObject> diagnostic: diagnostics){
            System.out.println("line:"+ diagnostic.getLineNumber());
            System.out.println("msg:"+ diagnostic.getMessage(Locale.ENGLISH));
            System.out.println("source:"+ diagnostic.getSource());

        }
    }

    private static JavaFileObject generateTest() {
        String contents = new String(
                "package win.hgfdodo.dynamic;" +
                        "class CalculatorTest {\n" +
                        "  public void testMultiply() {\n" +
                        "    Calculator c = new Calculator()\n" +
                        "    System.out.println(c.multiply(2, 4));\n" +
                        "  }\n" +
                        "  public static void main(String[] args) {\n" +
                        "    CalculatorTest ct = new CalculatorTest();\n" +
                        "    ct.testMultiply();\n" +
                        "  }\n" +
                        "}\n");
        StringObject so = null;
        try {
            so = new StringObject("win.hgfdodo.dynamic.CalculatorTest", contents);
        } catch (URISyntaxException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return so;

    }
}

generateTest方法在构造Calculator时,将行尾;去掉,造成java 源文件错误,在编译时,会输出:

line:3
msg:需要';'
source:win.hgfdodo.dynamic.StringObject[win.hgfdodo.dynamic.CalculatorTest]

运行时编译和运行java类

运行时编译运行图解

CharSequenceJavaFileObject -- 存储源代码

package win.hgfdodo.compiler;

import javax.tools.SimpleJavaFileObject;
import java.io.IOException;
import java.net.URI;

/**
 * 字符串java源代码。JavaFileObject表示
 */
public class CharSequenceJavaFileObject extends SimpleJavaFileObject {

    //表示java源代码
    private CharSequence content;

    protected CharSequenceJavaFileObject(String className, String content) {
        super(URI.create("string:///" + className.replaceAll("\\.", "/") + Kind.SOURCE.extension), Kind.SOURCE);
        this.content = content;
    }

    /**
     * 获取需要编译的源代码
     * @param ignoreEncodingErrors
     * @return
     * @throws IOException
     */
    @Override
    public CharSequence getCharContent(boolean ignoreEncodingErrors) throws IOException {
        return content;
    }
}

JavaClassObject 保存编译结果

package win.hgfdodo.compiler;

import javax.tools.SimpleJavaFileObject;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.OutputStream;
import java.net.URI;

/**
 * 存储编译后的字节码
 */
public class JavaClassObject extends SimpleJavaFileObject {

    /**
     * Compiler编译后的byte数据会存在这个ByteArrayOutputStream对象中,
     * 后面可以取出,加载到JVM中。
     */
    private ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream;

    public JavaClassObject(String className, Kind kind) {
        super(URI.create("string:///" + className.replaceAll("\\.", "/") + kind.extension), kind);
        this.byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
    }

    /**
     * 覆盖父类SimpleJavaFileObject的方法。
     * 该方法提供给编译器结果输出的OutputStream。
     * 
     * 编译器完成编译后,会将编译结果输出到该 OutputStream 中,我们随后需要使用它获取编译结果
     *
     * @return
     * @throws IOException
     */
    @Override
    public OutputStream openOutputStream() throws IOException {
        return this.byteArrayOutputStream;
    }

    /**
     * FileManager会使用该方法获取编译后的byte,然后将类加载到JVM
     */
    public byte[] getBytes() {
        return this.byteArrayOutputStream.toByteArray();
    }
}

JavaFileManager 处理编译结果

JavaFileManager提供了编译结果存储编译类的加载

package win.hgfdodo.compiler;

import javax.tools.FileObject;
import javax.tools.ForwardingJavaFileManager;
import javax.tools.JavaFileManager;
import javax.tools.JavaFileObject;
import java.io.IOException;
import java.security.SecureClassLoader;

/**
 * 输出字节码到JavaClassFile
 */
public class ClassFileManager extends ForwardingJavaFileManager {

    /**
     * 存储编译后的代码数据
     */
    private JavaClassObject classJavaFileObject;

    protected ClassFileManager(JavaFileManager fileManager) {
        super(fileManager);
    }

    /**
     * 编译后加载类
     * <p>
     * 返回一个匿名的SecureClassLoader:
     * 加载由JavaCompiler编译后,保存在ClassJavaFileObject中的byte数组。
     */
    @Override
    public ClassLoader getClassLoader(Location location) {
        return new SecureClassLoader() {
            @Override
            protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
                byte[] bytes = classJavaFileObject.getBytes();
                return super.defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
            }
        };
    }

    /**
     * 给编译器提供JavaClassObject,编译器会将编译结果写进去
     */
    @Override
    public JavaFileObject getJavaFileForOutput(Location location, String className, JavaFileObject.Kind kind, FileObject sibling) throws IOException {
        this.classJavaFileObject = new JavaClassObject(className, kind);
        return this.classJavaFileObject;
    }

}

DynamicCompiler -- 自定义编译器

DynamicCompiler实现将源代码编译并加载的功能。

package win.hgfdodo.compiler;

import javax.tools.*;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 运行时编译
 */
public class DynamicCompiler {
    private JavaFileManager fileManager;

    public DynamicCompiler() {
        this.fileManager = initManger();
    }

    private JavaFileManager initManger() {
        if (fileManager != null) {
            return fileManager;
        } else {
            JavaCompiler javaCompiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
            DiagnosticCollector diagnosticCollector = new DiagnosticCollector();
            fileManager = new ClassFileManager(javaCompiler.getStandardFileManager(diagnosticCollector, null, null));
            return fileManager;
        }
    }

    /**
     * 编译源码并加载,获取Class对象
     * @param fullName
     * @param sourceCode
     * @return
     * @throws ClassNotFoundException
     */
    public Class compileAndLoad(String fullName, String sourceCode) throws ClassNotFoundException {
        JavaCompiler javaCompiler = ToolProvider.getSystemJavaCompiler();
        List<JavaFileObject> javaFileObjectList = new ArrayList<JavaFileObject>();
        javaFileObjectList.add(new CharSequenceJavaFileObject(fullName, sourceCode));
        boolean result = javaCompiler.getTask(null, fileManager, null, null, null, javaFileObjectList).call();
        if (result) {
            return this.fileManager.getClassLoader(null).loadClass(fullName);
        } else {
            return Class.forName(fullName);
        }
    }

    /**
     * 关闭fileManager
     * @throws IOException
     */
    public void closeFileManager() throws IOException {
        this.fileManager.close();
    }

}

测试

package win.hgfdodo.compiler;

import java.io.IOException;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

public class DynamicCompilerTest {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, IOException {
        StringBuilder src = new StringBuilder();
        src.append("package win.hgfdodo.compiler;");
        src.append("public class DynaClass {\n");
        src.append("    public String toString() {\n");
        src.append("        return \"Hello, I am \" + ");
        src.append("this.getClass().getSimpleName();\n");
        src.append("    }\n");
        src.append("}\n");

        String fullName = "win.hgfdodo.compiler.DynaClass";

        DynamicCompiler compiler = new DynamicCompiler();
        Class clz = compiler.compileAndLoad(fullName, src.toString());

        System.out.println(clz.getConstructor().newInstance());
        compiler.close();
    }
}

编译加载win.hgfdodo.compiler.DynaClass后,创建新的对象,并调用toString()输出:

Hello, I am DynaClass

参考

  1. javafile compiler, classloader and run

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