Metaprogramovanie / Reflexia — pokračovanie

Nielen štruktúra, ale aj vykonávanie

Volanie metódy

Ako to funguje?

Čo potrebujeme pre zavolanie metódy?

Čo potrebujeme počas vykonávania metódy?

Čo potrebujeme pri návrate z metódy?

Zásobník volaní

Zásobník volaní (call stack)

• Aktivačný záznam (stack frame) pre každú volanú metódu
  • argumenty, lokálne premenné, návratová adresa
• Aktuálna metóda na vrchu

Stack overflow :-(

Tail call optimization

Tail call

function foo(data) {
    ...
    return bar(data);
}

Klasický faktorial

(define (factorial n)
    (if (= n 1)
        1
        (* n (factorial (- n 1)))))
  

— Structure and Interpretation of Computer Programs

Faktoriál s tail call

(define (factorial n)
    (define (iter product counter)
        (if (> counter n)
            product
            (iter (* counter product)
                  (+ counter 1))))
    (iter 1 1))

Ako sa dostať k týmto údajom?

Stack trace

    Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 0
          at Main.sayHello(Main.java:8)
          at Main.main(Main.java:4)
  

Introspekcia zásobníka volaní

• Throwable
  • “A throwable contains a snapshot of the execution stack of its thread at the time it was created.”
  • void printStackTrace()
  • StackTraceElement[] getStackTrace()

StackTraceElement

• String getFileName()
• int getLineNumber()
• String getClassName()
• String getMethodName()
• boolean isNativeMethod()

Príklad

Logger

    public interface Logger {
        void logRecord(String className,
                       String methodName,
                       int lineNum,
                       String message,
                       int logRecordType);
        ...
    }
  

Lepší Logger

    public interface Logger {
        void logRecord(String message,
                       int logRecordType);
        ...
    }
  

Implementácia

  public void logRecord(String message, int logRecordType) {
      Throwable ex = new Throwable();
      StackTraceElement ste = ex.getStackTrace()[1];
      String callerClassName = ste.getClassName();
      String callerMethodName = ste.getMethodName();
      int callerLineNum = ste.getLineNumber();
      ...
  

Java9

StackWalker

StackWalker walker = StackWalker.getInstance(
                          Option.RETAIN_CLASS_REFERENCE);
Optional<Class<?>> callerClass = walker.walk(s ->
    s.map(StackFrame::getDeclaringClass)
        .filter(interestingClasses::contains)
        .findFirst());
  

Ďalšie informácie

• Java Reflection in Action. Chapter 5: Call stack introspection
• Arnaud Roger: Deep Dive into Java 9’s Stack-Walking API

Čo sa vlastne vykonáva?

Inštrukcie – bytecode

Java bytecode

• Postupnosť inštrukcií
• Java Virtual Machine

Súbor .class

• Všetky informácie o triede
• Kód metód

Načítanie triedy

• Class<?> Class.forName(String className)
• Čím sa líši od ClassName.class?
• Načítanie triedy, ktorá nie je dostupná pri kompilácii

Príklad — dynamické načítanie triedy

String dbClassName = props.getProperty("dbClass",
                                       "sk.tuke.StubDB");
Class dbClass = Class.forName(dbClassName);
customerDB = (CustomerDatabase) dbClass.newInstance();

Dynamické načítanie triedy

• Prístup cez rozhranie (interface)
• Bezparametrický konštruktor
• Metóda pre inicializáciu ako súčasť rozhrania
• Alternatíva: dohoda o parametroch konštruktora

ClassLoader

• Zodpovedá za načítavanie tried v JVM
• Class cls = Class.forName(name);
• ClassLoader loader = this.getClass().getClassLoader();
Class cls = Class.forName(name, true, loader);
• Class cls = loader.loadClass(name);
  • bez inicializácie
  • podrobnosti

Ako získať ClassLoader

• this.getClass().getClassLoader();
  
• ClassLoader.getSystemClassLoader();
• Thread.currentThread().getContextClassLoader();
• new URLClassLoader(urls);
• Implementovať vlastný

Každá trieda je identifikovaná

1. Plným názvom
2. ClassLoaderom

Vieme vytvoriť novú triedu?

Generovanie kódu

1. Generovanie zdrojového kódu triedy
2. Preklad
3. Načítanie pomocou ClassLoader

Generovanie a modifikovanie bajtkódu

• Vytváranie tried
• Modifikácia existujúcich počas načítania
• Knižnice
  • ASM
  • Javassist
  • Byte Buddy
  • BCEL
  • cglib

Iná možnosť?

Poznáte návrhové vzory?

Proxy pattern

Proxy pattern

• Virtual proxy
• Remote proxy
• Access proxy

Dynamické proxy

• java.lang.reflect.Proxy
• Vytvorenie novej triedy implementujúcej zadané rozhrania
• Počas behu programu

Použitie

    Class c = getProxyClass(SomeInterface.class.getClassLoader(),
                        SomeInterface.class);
    Constructor cons = c.getConstructor(InvocationHandler.class);
    Object proxy = cons.newInstance(new SomeIH(obj));
  

Alebo jednoduchšie

Object proxy = Proxy.newProxyInstance(
                      SomeInterface.class.getClassLoader(),
                      new Class[]{ SomeInterface.class },
                      new SomeIH(obj));
  

InvocationHandler

• Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
• Rieši volanie metód zadaných rozhraní
• Tiež metódy z Object:
  • hashCode, equals, toString

Implementácia InvocationHandler

    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
                          throws Throwable {
        return method.invoke(target, args);
    }
  

Príklad

Trasovanie (tracing)

• Zaznamenávanie udalostí v aplikácií pre účely ladenia
• Funkcionalita trasovania „pretína“ celý kód aplikácie

Riešenie

Zdrojový kód

Použitie

• Všetky typy vzoru „proxy“
• Doplnenie funkcionality (vzor „decorator“)
• Nahradenie skutočného objektu (napr. „mock object“)