Java源代码动态编译类加载和代码执行（Java8）

　　头条创作挑战赛
　　Java的一个重要特性是动态的类加载机制。通过在运行时动态地加载类，Java程序可以实现很多强大的功能。下面通过一个具体的实例来说明Java程序中，如何动态地编译Java源代码、加载类和执行类中的代码。这里的代码示例适用的版本是Java8。
　　示例所实现的功能很简单，就是对表达式求值。输入的是类似11或3（23）这样的表达式，返回的是表达式的值。示例的做法是动态创建一个Java源文件，编译该文件生成class文件，加载class文件之后再执行。比如，需要求值的表达式是11，那么所生成的Java源文件如下所示，其中11的部分是动态的。publicclassCalculator｛publicstaticObjectcalculate（）｛return11；｝｝
　　我们只需要编译该源文件，加载编译之后的class文件，再通过反射API来调用其中的calculate方法就可以得到表达式求值的结果。编译
　　第一步是动态生成Java源代码并编译。生成Java源代码比较简单，直接用字符串连接就可以了。当然了，在生成逻辑比较复杂时，推荐的做法是使用字符串模板引擎，如Handlebars。在下面的代码中，getJavaSource方法生成Java源代码，compile方法进行编译。
　　在进行编译的时候，使用的是JDK标准的JavaCompiler接口。从源代码字符串中创建了一个JavaFileObject对象作为编译时的源代码单元。编译时的选项d指定了编译结果的输出路径，这里是一个临时文件夹。compile方法的返回值是一个Pair对象，包含了class文件的路径，以及随机生成的Java包的名称。publicclassDynamicCompilation｛privatestaticfinalStringCLASSNAMECalculator；publicstaticPairPath，Stringcompile（Stringexpr）throwsIOException｛StringpackageNamezUUID。randomUUID（）。toString（）。replace（，）；PathoutputPathFiles。createTempDirectory（expr）；JavaCompilercompilerToolProvider。getSystemJavaCompiler（）；StandardJavaFileManagerfileManagercompiler。getStandardFileManager（null，null，null）；compiler。getTask（null，fileManager，null，ImmutableList。of（d，outputPath。toAbsolutePath（）。toString（）），null，Collections。singletonList（newStringContentJavaFileObject（CLASSNAME，getJavaSource（packageName，expr））））。call（）；returnPair。of（outputPath，packageName。CLASSNAME）；｝privatestaticStringgetJavaSource（StringpackageName，Stringexpr）｛returnpackagepackageName；publicclassCLASSNAME｛publicstaticObjectcalculate（）｛returnexpr；｝｝；｝｝
　　上面的代码用到了一个帮助类StringContentJavaFileObject，表示从字符串创建的JavaFileObject对象。publicclassStringContentJavaFileObjectextendsSimpleJavaFileObject｛privatefinalStringcontent；publicStringContentJavaFileObject（Stringname，Stringcontent）｛super（URI。create（string：nameKind。SOURCE。extension），Kind。SOURCE）；this。contentcontent；｝OverridepublicCharSequencegetCharContent（booleanignoreEncodingErrors）｛returncontent；｝｝
　　加载
　　编译完成之后的第二步是动态加载类。这一步并没有实现自定义的类加载器，而且使用内置的系统类加载器。系统类加载器通过ClassLoader。getSystemClassLoader（）方法来获取。系统类加载器在classpath上查找类。这里用了一个比较hack的技巧来动态修改系统类加载器的classpath。
　　在下面的代码中，ClasspathUpdater的addPath方法可以把一个Path对象表示的路径，添加到系统类加载器的查找路径中。这是因为系统类加载器自身是URLClassLoader类型的加载器，其中的addURL方法可以添加新的查找路径。只不过addURL方法是protected，这里通过反射API来进行调用。publicclassClasspathUpdater｛publicstaticvoidaddPath（Pathpath）｛URLClassLoaderclassLoader（URLClassLoader）ClassLoader。getSystemClassLoader（）；try｛MethodmethodURLClassLoader。class。getDeclaredMethod（addURL，URL。class）；method。setAccessible（true）；method。invoke（classLoader，path。toUri（）。toURL（））；｝catch（Exceptione）｛thrownewRuntimeException（e）；｝｝｝
　　上面介绍的ClasspathUpdater类中的使用技巧，只对Java8生效。在Java9引入模块系统时，对系统类加载器进行了修改。系统类加载器被替换成了应用类加载器。应用类加载器不再是URLClassLoader类型了，就不能使用这个技巧了。执行
　　最后一步就是执行动态加载的Java类。这一步比较简单，只需要用Class。forName方法来查找Java类，再找到对应的Method对象，直接调用即可。下面的代码给出了示例。publicclassInvoker｛publicstaticObjectinvoke（StringclassName）｛try｛MethodmethodClass。forName（className）。getDeclaredMethod（calculate）；returnmethod。invoke（null）；｝catch（Exceptione）｛thrownewRuntimeException（e）；｝｝｝完整的执行过程
　　最后把整个流程串起来。在下面的代码中，需要求值的表达式是（11）35。0。首先调用DynamicCompilation。compile方法进行动态编译，得到class文件的路径和完整的类名。class文件的路径通过ClasspathUpdater。addPath方法添加到classpath中。完整的类名则传递给Invoker。invoke方法来执行。最后输出的结果是表达式的值。publicclassMain｛publicstaticvoidmain（String〔〕args）throwsIOException｛PairPath，StringresultDynamicCompilation。compile（（11）35。0）；ClasspathUpdater。addPath（result。getLeft（））；System。out。println（Invoker。invoke（result。getRight（）））；｝｝