ASM Bytecode Framework探索与使用

ASM是一款基于java字节码层面的代码分析和修改工具。无需提供源代码即可对应用嵌入所需debug代码，用于应用API性能分析。ASM可以直接产生二进制class文件，也可以在类被加入JVM之前动态修改类行为。

ASM库的结构

• Core 为其他包提供基础的读、写、转化Java字节码和定义的API，并且可以生成Java字节码和实现大部分字节码的转换
• Tree提供了Java字节码在内存中的表现
• Analysis为存储在tree包结构中的java方法字节码提供基本的数据流统计和类型检查算法
• Commons提供一些常用的简化字节码生成转化和适配器
• Util包含一些帮助类和简单的字节码修改，有利于在开发或者测试中使用
• XML提供一个适配器将XML和SAX-comliant转化成字节码结构，可以允许使用XSLT去定义字节码转化。

class文件结构

在了解ASM之前，有必要先了解一下class文件结构。对于每个class文件其实都是有固定的结构信息，而且保留了源码文件中的符号。下图是class文件的格式图。其中带 * 号的表示可重复的结构。

• 类结构体中所有的修饰符、字符常量和其他常量都被存储在class文件开始的一个常量堆栈(Constant Stack)中，其他结构体通过索引引用。
• 每个类必须包含headers（包括：class name, super class, interface, etc.）和常量堆栈（Constant Stack）其他元素，例如：字段（fields）、方法（methods）和全部属性（attributes）可以选择显示或者不显示。
• 每个字段块（Field section）包括名称、修饰符（public, private, etc.）、描述符号(descriptor)和字段属性。
• 每个方法区域（Method section）里面的信息与header部分的信息类似，信息关于最大堆栈（max stack）和最大本地变量数量（max local variable numbers）被用于修改字节码。对于非abstract和非native的方法有一个方法指令表，exceptions表和代码属性表。除此之外，还可以有其他方法属性。
• 每个类、字段、方法和方法代码的属性有属于自己的名称记录在类文件格式的JVM规范的部分，这些属性展示了字节码多方面的信息，例如源文件名、内部类、签名、代码行数、本地变量表和注释。JVM规范允许定义自定义属性，这些属性会被标准的VM（虚拟机）忽略，但是可以包含附件信息。
• 方法代码表包含一系列对java虚拟机的指令。有些指令在代码中使用偏移量，当指令从方法代码被插入或者移除时，全部偏移量的值可能需要调整。

基于事件字节码处理

在Core包中逻辑上分为2部分：

• 字节码生产者，例如ClassReader
• 字节码消费者，例如writers（ClassWriter, FieldWriter, MethodWriter和AnnotationWriter），adapters（ClassAdapter和MethodAdapter）

下图是生产者和消费者交互的时序图：

通过时序图可以看出ASM在处理class文件的整个过程。ASM通过树这种数据结构来表示复杂的字节码结构，并利用Push模型来对树进行遍历。

• ASM中提供一个ClassReader类，这个类可以直接由字节数组或者class文件间接的获得字节码数据。它会调用accept方法，接受一个实现了抽象类ClassVisitor的对象实例作为参数，然后依次调用ClassVisitor的各个方法。字节码空间上的偏移被转成各种visitXXX方法。使用者只需要在对应的的方法上进行需求操作即可，无需考虑字节偏移。
• 这个过程中ClassReader可以看作是一个事件生产者，ClassWriter继承自ClassVisitor抽象类，负责将对象化的class文件内容重构成一个二进制格式的class字节码文件，ClassWriter可以看作是一个事件的消费者。

原java类型与class文件内部类型对应关系

Java typeType descriptorbooleanZcharCbyteBshortSintIfloatFlongJdoubleDObjectLjava/lang/Object;int[][IObject[][][[Ljava/lang/Object;

原java方法声明与class文件内部声明的对应关系

Method declaration in source fileMethod descriptorvoid method(String str,int i,float f)(Ljava/lang/String;IF)VObject method(byte [] b)([B)Ljava/lang/Object;int[] method(double d)(D)[I

遍历CLASS字节码类信息

以java.lang.Runnable作为例子

输出：

superName=java/lang/Object,name=java/lang/Runnablerun()Vend

ClassReader类的accept方法中，有个int类型的flag参数有以下几种：

• SKIP_DEBUG 用于忽略debug信息，例如，源文件，行数和变量信息。
• SKIP_FRAMES 用于忽略StackMapTable（栈图）信息。Java 6 之后JVM引入栈图概念。
• EXPAND_FRAMES 扩展StackMapTable数据，允许访问者获取全部本地变量类型与当前堆栈位置的信息。
• SKIP_CODE 排除代码访问的所有方法，同时还通过方法参数属性和注释。

通过ASM生产自定义类对应的class

目标class内容：

生产目标class的代码：

这里需要注意，平时我们写类的时候，默认的构造方法是可以不写的，但使用ASM框架生产class的话，默认的构造方法是需要写的，不然，无法实例化对象。

创建类、构造函数与字段：

创建showInfo方法

创建get、set方法

最后生产出Person.class之后，我们可以使用JD-GUI打开：

动态加载生产出的class字节码并实例化该类

我们可以通过ClassWriter中的toByteArray() 方法可以获取生成的字节码数据。然后使用ClassLoader的defineClass()方法进行反射实例化对象，并调用showInfo()方法。

动态修改class字节码，进行AOP编程

通过加载上面生成的Person.class文件，在showInfo()方法里面添加一行打印当前时间。

通过继承ClassVisitor，重写visitMethod()，拦截showInfo()方法。

然后让继承AdviceAdapter的类中的onMethodEnter()方法修改showInfo()方法。

这样就可以实现修改class字节码的操作了。重新生成class文件。使用JD－GUI验证一下。不出意料，结果是我们所预期的。

虽然例子简单，但是是进行AOP“无损注入”的基础展示。著名的Spring框架也是利用这种技术实现AOP的。至此，对ASM框架的一些简单的使用就是这样了，其中会涉及到一些JVM操作的理解，可以查看我的另一篇文章：JVM指令

另外，可以到github仓库查看本次的demo工程：ASMTest

转自：http://www.jianshu.com/p/760229bfe18a