是否可以在现有实例上调用构造函数？

Question

众所周知，使用sun.misc.Unsafe#allocateInstance它可以创建一个对象，而无需调用任何类构造函数。

是否可以做相反的事情：给定一个现有实例，调用它的构造函数？

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澄清：这不是关于我在生产代码中要做的事情的问题。我对 JVM 内部结构和仍然可以完成的疯狂事情感到好奇。欢迎特定于某些 JVM 版本的答案。

Answer 1

JVMS \xc2\xa72.9 forbids invocation of constructor on already initialized objects:

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Instance initialization methods may be invoked only within the Java\n Virtual Machine by the invokespecial instruction, and\n they may be invoked only on uninitialized class instances.

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However, it is still technically possible to invoke constructor on initialized object with JNI. CallVoidMethod function does not make difference between <init> and ordinary Java methods. Moreover, JNI specification hints that CallVoidMethod may be used to call a constructor, though it does not say whether an instance has to be initialized or not:

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When these functions are used to call private methods and constructors, the method ID must be derived from the real class of obj, not from one of its superclasses.

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我已经验证以下代码可以在 JDK 8 和 JDK 9 中运行。JNI 允许您执行不安全的操作，但您不应在生产应用程序中依赖它。

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构造函数调用器.java

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public class ConstructorInvoker {\n\n    static {\n        System.loadLibrary("constructorInvoker");\n    }\n\n    public static native void invoke(Object instance);\n}\n

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构造函数Invoker.c

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#include <jni.h>\n\nJNIEXPORT void JNICALL\nJava_ConstructorInvoker_invoke(JNIEnv* env, jclass self, jobject instance) {\n    jclass cls = (*env)->GetObjectClass(env, instance);\n    jmethodID constructor = (*env)->GetMethodID(env, cls, "<init>", "()V");\n    (*env)->CallVoidMethod(env, instance, constructor);\n}\n

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测试对象.java

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public class TestObject {\n    int x;\n\n    public TestObject() {\n        System.out.println("Constructor called");\n        x++;\n    }\n\n    public static void main(String[] args) {\n        TestObject obj = new TestObject();\n        System.out.println("x = " + obj.x);  // x = 1\n\n        ConstructorInvoker.invoke(obj);\n        System.out.println("x = " + obj.x);  // x = 2\n    }\n}\n

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Answer 2

似乎通过一些（非常可疑的）技巧，即使不通过自定义本机库，通过（ab）使用方法句柄，这是可能的。

该方法本质上是欺骗 JVM 认为它当前正在调用常规方法而不是构造函数。

我只需要添加一个强制性的“这可能不是一个好主意”，但这是我找到的唯一方法。我也无法证明它在不同 JVM 上的表现如何。

先决条件

为此，sun.misc.Unsafe需要一个 的实例。我不会在这里详细介绍如何获取它，因为您似乎已经有了它，但本指南解释了该过程。

第一步：获得值得信赖的MethodHandles.Lookup

接下来，java.lang.invoke.MethodHandles$Lookup需要 a 来获取构造函数的实际方法句柄。

这个类有一个权限系统，通过allowedModes中的属性来工作Lookup，该属性设置为一堆标志。有一个特殊的TRUSTED标志可以绕过所有权限检查。

不幸的是，该allowedModes字段已从反射中过滤掉，因此我们不能通过反射设置该值来简单地绕过权限。

尽管也可以绕过反射过滤器，但有一种更简单的方法：Lookup包含一个静态字段IMPL_LOOKUP，其中包含Lookup具有这些TRUSTED权限的 a 。我们可以通过使用反射来获取这个实例Unsafe：

var field = MethodHandles.Lookup.class.getDeclaredField("IMPL_LOOKUP");
var fieldOffset = unsafe.staticFieldOffset(field);

var lookup = (MethodHandles.Lookup) unsafe.getObject(MethodHandles.Lookup.class, fieldOffset);

我们Unsafe在这里使用而不是setAccessibleand get，因为通过反射会导致较新的 java 版本中的模块系统出现问题。

第二步：寻找构造函数

现在我们可以获得我们MethodHandle想要调用的构造函数。我们使用Lookup刚刚获得的 a 来完成此操作，就像Lookup通常使用的 a 一样。

var type = MethodType.methodType(Void.TYPE, <your constructor argument types>);
var constructor = lookup.findConstructor(<your class>, type);

第 3 步：获取MemberName

虽然 的签名findConstructor仅指定它返回 a MethodHandle，但它实际上返回 a java.lang.invoke.DirectMethodHandle$Constructor。该类型声明一个initMethod字段，其中包含java.lang.invoke.MemberName对我们的构造函数的引用。该MemberName类型无法从外部访问，因此与其进行的所有交互都通过Unsafe.

我们可以MemberName用同样的方式获得它Lookup：

var constructorClass = Class.forName("java.lang.invoke.DirectMethodHandle$Constructor");
val initMethodField = constructorClass.getDeclaredField("initMethod");
val initMethodFieldOffset = unsafe.objectFieldOffset(initMethodField);

var initMemberName = unsafe.getObject(constructor, initMethodFieldOffset)

第四步：欺骗Java

下一步是重要的部分。虽然 JVM 没有物理障碍阻止您像任何其他方法一样调用构造函数，但MethodHandle有一些检查可以确保您没有做一些可疑的事情。

大多数检查都可以通过使用 来规避TRUSTED Lookup，并且还剩下最后一项检查：

该MemberName实例包含一堆标志，除其他外，这些标志告诉系统MemberName所指的是哪种成员。检查这些标志。

为了避免这种情况，我们可以简单地使用以下命令更改标志Unsafe：

var constructorClass = Class.forName("java.lang.invoke.DirectMethodHandle$Constructor");
val initMethodField = constructorClass.getDeclaredField("initMethod");
val initMethodFieldOffset = unsafe.objectFieldOffset(initMethodField);

var initMemberName = unsafe.getObject(constructor, initMethodFieldOffset)

标志的值来自java.lang.invoke.MethodHandleNatives.Constants#MN_IS_METHOD和java.lang.invoke.MethodHandleNatives.Constants#MN_IS_CONSTRUCTOR。

步骤5：获取REF_invokeVirtual方法句柄

现在我们有了一个完全合法的方法，它根本不是构造函数，我们只需要获取一个常规方法句柄来调用它。幸运的是，MethodHandles.Lookup.class有一个私有方法可以将 a 转换MemberName为 a(Direct)MethodHandle来进行各种调用：getDirectMethod。

讽刺的是，我们实际上使用我们的全能查找来调用这个方法。

首先，我们获得MethodHandlefor getDirectMethod：

var getDirectMethodMethodHandle = lookup.findVirtual(
        MethodHandles.Lookup.class,
        "getDirectMethod",
        MethodType.methodType(
                MethodHandle.class,
                byte.class,
                Class.class,
                memberNameClass,
                MethodHandles.Lookup.class
        )
);

我们现在可以在查找中使用它，以获得MethodHandle我们的MemberName：

var memberNameClass = Class.forName("java.lang.invoke.MemberName");
var flagsField = memberNameClass.getDeclaredField("flags");
var flagsFieldOffset = unsafe.objectFieldOffset(flagsField);
var flags = unsafe.getInt(initMemberName, flagsFieldOffset);

flags &= ~0x00020000; // remove "is constructor"
flags |= 0x00010000; // add "is (non-constructor) method"

unsafe.putInt(initMemberName, flagsFieldOffset, flags);

该(byte) 5参数代表“调用虚拟”，来自java.lang.invoke.MethodHandleNatives.Constants#REF_invokeVirtual.

第六步：利润？

我们现在可以handle像常规一样使用它MethodHandle来调用该类的任何现有实例的构造函数：

var getDirectMethodMethodHandle = lookup.findVirtual(
        MethodHandles.Lookup.class,
        "getDirectMethod",
        MethodType.methodType(
                MethodHandle.class,
                byte.class,
                Class.class,
                memberNameClass,
                MethodHandles.Lookup.class
        )
);

有了这个handle，构造函数也可以被多次调用，并且实例实际上不必来自Unsafe#allocateInstance- 仅通过使用创建的实例也可以new。