Javaのルールをねじ曲げろ！禁断の操作とその代償から学ぶメタプログラミング入門 / A Guide to Metaprogramming: Lessons from Forbidden Techniques and Their Price

Javaのルールをねじ曲げろ！禁断の操作とその代償から学ぶメタプログラミング入門 nrs

2 Profile nrs（成瀬允宣） @nrslib 株式会社コドモン執行役員CTO 趣味：カンファレンス講演学生支援
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3 今日のお話

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はじめに禁断の操作！？学びまとめ禁断の操作とその代償から学ぶメタプログラミング入門

はじめに禁断の操作！？得られるものまとめ禁断の操作とその代償から学ぶメタプログラミング入門

こんなことを思ったことはありませんか！？

魔法使いになりたい

12 • 普通はできないことをやってのける！メタプログラミングは魔法のよう

13 • private なフィールドにアクセスしたり • private なメソッドにアクセスしたり • 定義されてないクラスをインスタンス化したりメタプログラミングは魔法のよう

とっても便利ですね！！！

15 • メタの意味メタプログラミングとは「高位の」「上位の」といった意味

16 • コード自体をデータとして扱う技術メタプログラミングとは通常はデータを処理するコードメタプロはコード自体を扱う

18 • クラスの定義を扱うメタプログラミングの基本 var myClass = new MyClass(); var
targetClazz = myClass.getClass();

public class MyClass { private int privateField = 1; private
void privateMethod() { System.out.println("This is a private method."); } }

public class MyClass { private int privateField = 1; private
void privateMethod() { System.out.println("This is a private method."); } } 恥ずかしがり屋さん

try { var myClass = new MyClass(); var targetClazz =
myClass.getClass(); var privateField = targetClazz.getDeclaredField("privateField"); privateField.setAccessible(true); var privateFieldValue = privateField.get(myClass); System.out.printf("My private field is: %s\n", privateFieldValue); var privateMethod = targetClazz.getDeclaredMethod("privateMethod"); privateMethod.setAccessible(true); privateMethod.invoke(myClass); } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) { System.err.println("基本リフレクションエラー: " + e.getMessage()); }

myClass.getClass(); var privateField = targetClazz.getDeclaredField("privateField"); privateField.setAccessible(true); var privateFieldValue = privateField.get(myClass); System.out.printf("My private field is: %s\n", privateFieldValue); var privateMethod = targetClazz.getDeclaredMethod("privateMethod"); privateMethod.setAccessible(true); privateMethod.invoke(myClass); } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) { System.err.println("基本リフレクションエラー: " + e.getMessage()); } クラス定義を取得

myClass.getClass(); var privateField = targetClazz.getDeclaredField("privateField"); privateField.setAccessible(true); var privateFieldValue = privateField.get(myClass); System.out.printf("My private field is: %s\n", privateFieldValue); var privateMethod = targetClazz.getDeclaredMethod("privateMethod"); privateMethod.setAccessible(true); privateMethod.invoke(myClass); } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) { System.err.println("基本リフレクションエラー: " + e.getMessage()); } フィールド情報を取得

myClass.getClass(); var privateField = targetClazz.getDeclaredField("privateField"); privateField.setAccessible(true); var privateFieldValue = privateField.get(myClass); System.out.printf("My private field is: %s\n", privateFieldValue); var privateMethod = targetClazz.getDeclaredMethod("privateMethod"); privateMethod.setAccessible(true); privateMethod.invoke(myClass); } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) { System.err.println("基本リフレクションエラー: " + e.getMessage()); } privateなのでアクセスできるようにする

myClass.getClass(); var privateField = targetClazz.getDeclaredField("privateField"); privateField.setAccessible(true); var privateFieldValue = privateField.get(myClass); System.out.printf("My private field is: %s\n", privateFieldValue); var privateMethod = targetClazz.getDeclaredMethod("privateMethod"); privateMethod.setAccessible(true); privateMethod.invoke(myClass); } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) { System.err.println("基本リフレクションエラー: " + e.getMessage()); } フィールド情報でインスタンスからデータを取得

myClass.getClass(); var privateField = targetClazz.getDeclaredField("privateField"); privateField.setAccessible(true); var privateFieldValue = privateField.get(myClass); System.out.printf("My private field is: %s\n", privateFieldValue); var privateMethod = targetClazz.getDeclaredMethod("privateMethod"); privateMethod.setAccessible(true); privateMethod.invoke(myClass); } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) { System.err.println("基本リフレクションエラー: " + e.getMessage()); } private なデータを取得できました

myClass.getClass(); var privateField = targetClazz.getDeclaredField("privateField"); privateField.setAccessible(true); var privateFieldValue = privateField.get(myClass); System.out.printf("My private field is: %s\n", privateFieldValue); var privateMethod = targetClazz.getDeclaredMethod("privateMethod"); privateMethod.setAccessible(true); privateMethod.invoke(myClass); } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) { System.err.println("基本リフレクションエラー: " + e.getMessage()); } メソッドも同様にメソッド情報を取得

myClass.getClass(); var privateField = targetClazz.getDeclaredField("privateField"); privateField.setAccessible(true); var privateFieldValue = privateField.get(myClass); System.out.printf("My private field is: %s\n", privateFieldValue); var privateMethod = targetClazz.getDeclaredMethod("privateMethod"); privateMethod.setAccessible(true); privateMethod.invoke(myClass); } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) { System.err.println("基本リフレクションエラー: " + e.getMessage()); } 触れるようにして

myClass.getClass(); var privateField = targetClazz.getDeclaredField("privateField"); privateField.setAccessible(true); var privateFieldValue = privateField.get(myClass); System.out.printf("My private field is: %s\n", privateFieldValue); var privateMethod = targetClazz.getDeclaredMethod("privateMethod"); privateMethod.setAccessible(true); privateMethod.invoke(myClass); } catch (NoSuchFieldException | IllegalAccessException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) { System.err.println("基本リフレクションエラー: " + e.getMessage()); } メソッド呼び出し

メソッドを呼び出す

private int privateCalculate(int a, int b) { int result =
a * b + a - b; System.out.println("Private calculation: " + a + " * " + b + " + " + a + " - " + b + " = " + result); return result; } private void privateSetValue(String message, int number) { this.privateMessage = message; this.privateNumber = number; System.out.println("Private values updated: message='" + message + "', number=" + number); } private String privateComplexMethod(String[] words, boolean uppercase) { StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < words.length; i++) { if (i > 0) sb.append(" "); sb.append(uppercase ? words[i].toUpperCase() : words[i].toLowerCase()); } String result = sb.toString(); System.out.println("Complex method processing: " + result); return result; } private static String privateStaticMethod(double value) { String formatted = String.format("%.2f", value); System.out.println("Static method processing: " + formatted); return "Processed: " + formatted; } いろんなメソッド用意しました

var privateCalculateMethod = targetClazz.getDeclaredMethod( "privateCalculate", int.class, int.class); privateCalculateMethod.setAccessible(true); var result
= privateCalculateMethod.invoke(myClass, 10, 5); System.out.printf("Private calculation result: %s\n", result);

= privateCalculateMethod.invoke(myClass, 10, 5); System.out.printf("Private calculation result: %s\n", result); privateCalculate(int foo, int bar)を指定

= privateCalculateMethod.invoke(myClass, 10, 5); System.out.printf("Private calculation result: %s\n", result); 呼び出し時に引数を渡す

= privateCalculateMethod.invoke(myClass, 10, 5); System.out.printf("Private calculation result: %s\n", result); 戻り値も受け取れる

var complexMethod = targetClazz.getDeclaredMethod( "privateComplexMethod", String[].class, boolean.class); complexMethod.setAccessible(true); String[] args
= {"Hello", "World", "Java"}; var complexResult = complexMethod.invoke(myClass, args, true); System.out.printf("Complex method result: %s\n", complexResult);

= {"Hello", "World", "Java"}; var complexResult = complexMethod.invoke(myClass, args, true); System.out.printf("Complex method result: %s\n", complexResult); ちょっと複雑な引数も

= {"Hello", "World", "Java"}; var complexResult = complexMethod.invoke(myClass, args, true); System.out.printf("Complex method result: %s\n", complexResult); 同じように呼び出せます

var staticMethod = targetClazz.getDeclaredMethod("privateStaticMethod", double.class); staticMethod.setAccessible(true); var staticResult = staticMethod.invoke(null,
3.14159); System.out.printf("Static method result: %s\n", staticResult);

3.14159); System.out.printf("Static method result: %s\n", staticResult); static メソッドであっても

3.14159); System.out.printf("Static method result: %s\n", staticResult); 基本は一緒インスタンスがないから null を渡す

コンストラクタを呼び出す

public class SecureClass { private String secretData; private final String
FINAL_VALUE = "変更不可"; public SecureClass(String data) { this.secretData = data; } private SecureClass() { this.secretData = "デフォルト値"; } @Override public String toString() { return "SecureClass{secretData='" + secretData + "'}"; } }

FINAL_VALUE = "変更不可"; public SecureClass(String data) { this.secretData = data; } private SecureClass() { this.secretData = "デフォルト値"; } @Override public String toString() { return "SecureClass{secretData='" + secretData + "'}"; } } 恥ずかしがりなコンストラクタ

Constructor<SecureClass> privateConstructor = SecureClass.class.getDeclaredConstructor(); privateConstructor.setAccessible(true); SecureClass instance = privateConstructor.newInstance(); System.out.println("private
コンストラクタから作成されたインスタンス: " + instance); public class SecureClass { private String secretData; private final String FINAL_VALUE = "変更不可"; public SecureClass(String data) { this.secretData = data; } private SecureClass() { this.secretData = "デフォルト値"; } @Override public String toString() { return "SecureClass{secretData='" + secretData + "'}"; } }

コンストラクタから作成されたインスタンス: " + instance); private なコンストラクタを取得 public class SecureClass { private String secretData; private final String FINAL_VALUE = "変更不可"; public SecureClass(String data) { this.secretData = data; } private SecureClass() { this.secretData = "デフォルト値"; } @Override public String toString() { return "SecureClass{secretData='" + secretData + "'}"; } }

コンストラクタから作成されたインスタンス: " + instance); インスタンス生成 public class SecureClass { private String secretData; private final String FINAL_VALUE = "変更不可"; public SecureClass(String data) { this.secretData = data; } private SecureClass() { this.secretData = "デフォルト値"; } @Override public String toString() { return "SecureClass{secretData='" + secretData + "'}"; } }

48 • ねじ曲げたルール ◦ カプセル化ここまでの流れ

変更禁止を破る

FINAL_VALUE = "変更不可"; public SecureClass(String data) { this.secretData = data; } private SecureClass() { this.secretData = "デフォルト値"; } @Override public String toString() { return "SecureClass{secretData='" + secretData + "'}"; } }

FINAL_VALUE = "変更不可"; public SecureClass(String data) { this.secretData = data; } private SecureClass() { this.secretData = "デフォルト値"; } @Override public String toString() { return "SecureClass{secretData='" + secretData + "'}"; } } 再代入不可

SecureClass instance = new SecureClass("テスト"); Field finalField = SecureClass.class.getDeclaredField("FINAL_VALUE"); finalField.setAccessible(true);
try { finalField.set(instance, "変更された値"); System.out.println("final フィールドの値を変更しました: " + finalField.get(instance)); instance.printFinalValue();

try { finalField.set(instance, "変更された値"); System.out.println("final フィールドの値を変更しました: " + finalField.get(instance)); instance.printFinalValue(); いつも通りに取得

try { finalField.set(instance, "変更された値"); System.out.println("final フィールドの値を変更しました: " + finalField.get(instance)); instance.printFinalValue(); 変更禁止？そんなの関係ネェ！！

try { finalField.set(instance, "変更された値"); System.out.println("final フィールドの値を変更しました: " + finalField.get(instance)); instance.printFinalValue(); いつも通りに取得

try { finalField.set(instance, "変更された値"); System.out.println("final フィールドの値を変更しました: " + finalField.get(instance)); instance.printFinalValue(); ↓実行結果

try { finalField.set(instance, "変更された値"); System.out.println("final フィールドの値を変更しました: " + finalField.get(instance)); instance.printFinalValue(); ↓実行結果？？？

FINAL_VALUE = "変更不可"; public SecureClass(String data) { this.secretData = data; } private SecureClass() { this.secretData = "デフォルト値"; } @Override public String toString() { return "SecureClass{secretData='" + secretData + "'}"; } public void printFinalValue() { System.out.println("FINAL_VALUE: " + FINAL_VALUE); } }

FINAL_VALUE = "変更不可"; public SecureClass(String data) { this.secretData = data; } private SecureClass() { this.secretData = "デフォルト値"; } @Override public String toString() { return "SecureClass{secretData='" + secretData + "'}"; } public void printFinalValue() { System.out.println("FINAL_VALUE: " + FINAL_VALUE); } } 実際の中身を見てみると？

FINAL_VALUE = "変更不可"; public SecureClass(String data) { this.secretData = data; } private SecureClass() { this.secretData = "デフォルト値"; } @Override public String toString() { return "SecureClass{secretData='" + secretData + "'}"; } public void printFinalValue() { System.out.println("FINAL_VALUE: " + FINAL_VALUE); } } ←出力結果

デバッグ実行では変わってる

public class SecureClass { public final String FINAL_VALUE = "変更不可";
public final String FINAL_VALUE2; private SecureClass() { FINAL_VALUE2 = "変更不可"; } public void printFinalValue() { System.out.println("FINAL_VALUE: " + FINAL_VALUE); } public void printFinalValue2() { System.out.println("FINAL_VALUE2: " + FINAL_VALUE2); } }

public class SecureClass { public final String FINAL_VALUE = "変更不可";
public final String FINAL_VALUE2; private SecureClass() { FINAL_VALUE2 = "変更不可"; } public void printFinalValue() { System.out.println("FINAL_VALUE: " + FINAL_VALUE); } public void printFinalValue2() { System.out.println("FINAL_VALUE2: " + FINAL_VALUE2); } } コンストラクタで設定するタイプを追加

変わってる

public class SecureClass { private final String FINAL_VALUE = "変更不可";
private final String FINAL_VALUE2; private final MyClass myClass = new MyClass(); : public void printMyClassName() { System.out.println("MyClass name: " + myClass.name); } }

public class SecureClass { private final String FINAL_VALUE = "変更不可";
private final String FINAL_VALUE2; private final MyClass myClass = new MyClass(); : public void printMyClassName() { System.out.println("MyClass name: " + myClass.name); } } クラスのパターンも追加

Field finalClass = SecureClass.class.getDeclaredField("myClass"); finalClass.setAccessible(true); var myClass = new MyClass();
myClass.name = "changed"; finalClass.set(instance, myClass); instance.printMyClassName();

70 • ねじ曲げたルール ◦ カプセル化 ◦ 再代入不可ここまでの流れ

動的にインスタンスを作る

private static DynamicInterface createDynamicImplementation(String result) { return (DynamicInterface) java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance( DynamicInterface.class.getClassLoader(),
new Class<?>[]{DynamicInterface.class}, (proxy, method, args) -> { System.out.println("動的実装: " + method.getName() + " が呼び出されました"); if (args != null && args.length > 0) { System.out.println("引数: " + args[0]); } return result; } ); }

new Class<?>[]{DynamicInterface.class}, (proxy, method, args) -> { System.out.println("動的実装: " + method.getName() + " が呼び出されました"); if (args != null && args.length > 0) { System.out.println("引数: " + args[0]); } return result; } ); } 標準ライブラリ

new Class<?>[]{DynamicInterface.class}, (proxy, method, args) -> { System.out.println("動的実装: " + method.getName() + " が呼び出されました"); if (args != null && args.length > 0) { System.out.println("引数: " + args[0]); } return result; } ); } メソッド呼び出しはすべてここに転送

DynamicInterface dynamic = createDynamicImplementation("動的に渡された戻り値"); String result = dynamic.dynamicMethod("動的生成されたメソッドの呼び出し"); System.out.println("動的に生成されたクラス: "
+ dynamic.getClass().getName()); System.out.println("実装されたインターフェース: " + java.util.Arrays.toString(dynamic.getClass().getInterfaces())); System.out.println("戻り値: " + result);

DynamicInterface dynamic = createDynamicImplementation("動的に渡された戻り値"); String result = dynamic.dynamicMethod("動的生成されたメソッドの呼び出し"); System.out.println("動的に生成されたクラス: "
+ dynamic.getClass().getName()); System.out.println("実装されたインターフェース: " + java.util.Arrays.toString(dynamic.getClass().getInterfaces())); System.out.println("戻り値: " + result); インターフェースに定義されたメソッド呼び出し

new Class<?>[]{DynamicInterface.class}, (proxy, method, args) -> { System.out.println("動的実装: " + method.getName() + " が呼び出されました"); if (args != null && args.length > 0) { System.out.println("引数: " + args[0]); } return result; } ); }

インスタンスの動きを変える

private static TargetInterface createEnhancedProxy(TargetClass original) { return (TargetInterface) java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance( TargetInterface.class.getClassLoader(),
new Class<?>[]{TargetInterface.class}, (proxy, method, args) -> { switch (method.getName()) { case "originalMethod": System.out.println("プロキシ: 元のメソッドを呼び出し前の処理"); original.originalMethod(); System.out.println("プロキシ: 元のメソッドを呼び出し後の処理"); return null; case "newMethod": System.out.println("プロキシ: 動的に追加されたメソッドの実行"); System.out.println("引数: " + (args != null && args.length > 0 ? args[0] : "なし")); return "動的メソッドの戻り値: " + (args != null && args.length > 0 ? args[0] : ""); default: return method.invoke(original, args); } } ); }

private static TargetInterface createEnhancedProxy(TargetClass original) { return (TargetInterface) java.lang.reflect.Proxy.newProxyInstance( TargetInterface.class.getClassLoader(),
new Class<?>[]{TargetInterface.class}, (proxy, method, args) -> { switch (method.getName()) { case "originalMethod": System.out.println("プロキシ: 元のメソッドを呼び出し前の処理"); original.originalMethod(); System.out.println("プロキシ: 元のメソッドを呼び出し後の処理"); return null; case "newMethod": System.out.println("プロキシ: 動的に追加されたメソッドの実行"); System.out.println("引数: " + (args != null && args.length > 0 ? args[0] : "なし")); return "動的メソッドの戻り値: " + (args != null && args.length > 0 ? args[0] : ""); default: return method.invoke(original, args); } } ); } メソッド追加

TargetInterface enhanced = createEnhancedProxy(original); enhanced.originalMethod(); enhanced.newMethod("動的に追加されたメソッド");

85 • ねじ曲げたルール ◦ カプセル化 ◦ 再代入不可 ◦ クラスは定義されたとおりに動くここまでの流れ

87 • シリアライゼーションたとえばなにができるのかオブジェクトとJSON変換

88 • Lombok たとえばなにができるのか @Data で getter/setter 自動生成

89 • Mockito たとえばなにができるのか @Mock でテストダブル作成

90 • Spring Data JPA たとえばなにができるのかリポジトリインターフェースから実装自動生成

@RestController // ← リフレクション public class UserController { @Autowired //
← 動的プロキシ UserService userService; @GetMapping("/users/{id}") // ← リフレクション public User getUser(@PathVariable Long id) { // ← リフレクション return userService.findById(id); // ← 動的プロキシ } }

93 • メタプログラミングは諸刃の剣まとめ用法用量守って正しく使いましょう！

95 • X ◦ @nrslib • HomePage ◦ https://nrslib.com/ •
YouTube ◦ https://www.youtube.com/@nrslib おしまい

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Javaのルールをねじ曲げろ！禁断の操作とその代償から学ぶメタプログラミング入門 / A Guide to Metaprogramming: Lessons from Forbidden Techniques and Their Price

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