仅使用私有构造函数扩展类

Question

问题是：我有一个只有私有构造函数可用的类（我不能修改它的源代码），我需要扩展它。

由于反射允许我们在需要时创建此类的实例（通过获取构造函数并调用 newInstance()），有没有办法创建此类的扩展版本的实例（我的意思是，真的任何方式，即使它是针对 OOP 的）？

我知道，这是一个不好的做法，但看起来我别无选择：我需要拦截对一个类的一些调用（它是一个单例，它不是接口实现，所以动态代理在这里不起作用） .

最小示例（根据要求）：

public class Singleton {
static private Singleton instance;

private Singleton() {
}

public static Singleton getFactory() {
    if (instance == null)
        instance = new Singleton();
    return instance;
}

public void doWork(String arg) {
    System.out.println(arg);
}}

我想做的就是构建自己的包装器（比如这个）

class Extension extends Singleton {
@Override
public void doWork(String arg) {
    super.doWork("Processed: " + arg);
}}

并使用反射将其注入工厂：

Singleton.class.getField("instance").set(null, new Extension());

但我看不到任何构造此类对象的方法，因为它的超类的构造函数是私有的。问题是“这有可能吗”。

Answer 1

@René Link 的解决方案足够好，但在我的情况下不是这样：我写道我正在破解一个 Eclipse IDE 插件，这意味着我们在 OSGi 下工作，这意味着我们无法控制类路径解析顺序（它会在我们的包中加载我们的“被黑”类，在另一个包中加载普通的受害者类，它会使用不同的类加载器来执行此操作，然后我们会遇到将这些对象转换为另一个的问题）。可能 OSGi 有一些工具可以解决这个问题，但我不太了解，也没有找到这方面的信息。

所以我们发明了另一种解决方案。它比上一个更糟糕，但至少它在我们的案例中有效（因此更灵活）。

解决方案很简单：javaagent。它是一个标准工具，允许在加载字节码时对其进行操作。所以任务通过使用它和java ASM库解决了：修改了受害者的字节码，使其构造函数公开，剩下的很容易。

    public class MyAgent {
        public static void premain(String agentArguments, Instrumentation instrumentation) {
            instrumentation.addTransformer(new ClassFileTransformer() {

                @Override
                public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer)
                    throws IllegalClassFormatException {
                    if (className.equals("org/victim/PrivateClass")) { //name of class you want to modify
                        try {
                            ClassReader cr = new ClassReader(classfileBuffer);
                            ClassNode cn = new ClassNode();
                            cr.accept(cn, 0);

                            for (Object methodInst : cn.methods) {
                                MethodNode method = (MethodNode) methodInst;
                                if (method.name.equals("<init>") && method.desc.equals("()V")) { //we get constructor with no arguments, you can filter whatever you want
                                    method.access &= ~Opcodes.ACC_PRIVATE;
                                    method.access |= Opcodes.ACC_PUBLIC; //removed "private" flag, set "public" flag
                                }
                            }
                            ClassWriter result = new ClassWriter(0);
                            cn.accept(result);
                            return result.toByteArray();
                        } catch (Throwable e) {
                            return null; //or you can somehow log failure here
                        }
                    }
                    return null;
                }
            });
        }
    }

接下来，必须使用 JVM 标志激活这个 javaagent，然后一切正常：现在您可以拥有可以毫无问题地调用 super() 构造函数的子类。否则这会炸掉你的整条腿。

Answer 2

如果

有可能（但不好的hack）

• 您拥有带有私有构造函数的类的源代码，或者您可以从字节码重构它
• 类由应用程序类加载器加载
• 你可以修改jvm的类路径

您可以创建一个与原始类二进制兼容的补丁。

我将在下一节中调用您要扩展 PrivateConstructorClass 的类。

1. 获取PrivateConstructorClass 的源代码并将其复制到源文件中。包名和类名不得更改。
2. 将PrivateConstructorClass 的构造函数从私有更改为受保护。
3. 重新编译修改后的PrivateConstructorClass源文件。
4. 将编译好的类文件打包成一个jar包。例如。称为“patch.jar”
5. 创建一个扩展第一个类的类，并针对 patch.jar 中的类进行编译
6. 更改 jvm 的类路径，使 patch.jar 成为类路径中的第一个条目。

现在一些示例代码可以让您检查它是如何工作的：

期望以下文件夹结构

+-- workspace
  +- private
  +- patch
  +- client

在private 文件夹中创建PrivateConstructor 类

public class PrivateConstructor {


    private String test;

    private PrivateConstructor(String test){
        this.test = test;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return test;
    }
}

在private文件夹中打开命令提示符，编译打包。

$ javac PrivateConstructor.java
$ jar cvf private.jar PrivateConstructor.class

现在在patch 文件夹中创建补丁文件：

    public class PrivateConstructor {


    private String test;

    protected PrivateConstructor(String test){
        this.test = test;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return test;
    }
}

编译打包

$ javac PrivateConstructor.java
$ jar cvf patch.jar PrivateConstructor.class

现在是有趣的部分。

在客户端文件夹中创建一个扩展 PrivateConstructor 的类。

public class ExtendedPrivateConstructor extends PrivateConstructor {


    public ExtendedPrivateConstructor(String test){
        super(test);
    }
}

和一个主要的类来测试它

public class Main {

    public static void main(String str[])  {
       PrivateConstructor privateConstructor = new ExtendedPrivateConstructor("Gotcha");
       System.out.println(privateConstructor);
    }
}

现在针对patch.jar 编译client 文件夹的源文件

 $ javac -cp ..\patch\patch.jar ExtendedPrivateConstructor.java Main.java

现在用类路径上的两个 jar 运行它，看看会发生什么。

如果patch.jar 出现在private.jar 之前，则PrivateConstructor 类将从patch.jar, 加载，因为应用程序类加载器是URLClassLoader。

 $ java -cp .;..\patch\patch.jar;..\private\private.jar  Main // This works
 $ java -cp .;..\private\private.jar;..\patch\patch.jar  Main // This will fail

Answer 3

编辑：这显然不适用于编辑到上述问题中的新发布的代码示例，但如果它对其他人有帮助，我会将答案保留在这里以供将来的后代使用。

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根据您的情况，一种可能有效也可能无效的方法是使用Delegation pattern。例如：

public class PrivateClass {
    private PrivateClass instance = new PrivateClass();

    private PrivateClass() {/*You can't subclass me!*/

    public static PrivateClass getInstance() { return instance; }
    public void doSomething() {}
}

public class WrapperClass {
    private PrivateClass privateInstance = PrivateClass.getInstance();
    public void doSomething() {
         //your additional logic here
         privateInstance.doSomething();
    }
}

您现在有一个类WrapperClass，它具有与 PrivateClass 相同的 API，但将所有功能委托给 PrivateClass（在完成一些前期或后期工作之后）。显然，WrapperClass 与 PrivateClass 的类型层次结构无关，但可以设置为 PrivateClass 可以做的所有事情。