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java Compiler API

日期:2019-05-21点击:289

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

--Posted from Rpc

原文链接:https://my.oschina.net/hgfdoing/blog/3052263
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