關於java字節碼框架ASM的學習

1、什麼是ASM

　　ASM是一個java字節碼操縱框架，它能被用來動態生成類或者加強既有類的功能。ASM 能夠直接產生二進制 class 文件，也能夠在類被加載入 Java 虛擬機以前動態改變類行爲。Java class 被存儲在嚴格格式定義的 .class文件裏，這些類文件擁有足夠的元數據來解析類中的全部元素：類名稱、方法、屬性以及 Java 字節碼（指令）。ASM從類文件中讀入信息後，可以改變類行爲，分析類信息，甚至可以根據用戶要求生成新類。

　　使用ASM框架須要導入asm的jar包，下載連接：asm-3.2.jar。

　　2、如何使用ASM

　　ASM框架中的核心類有如下幾個：

　　①  ClassReader:該類用來解析編譯過的class字節碼文件。

　　②  ClassWriter:該類用來從新構建編譯後的類，好比說修改類名、屬性以及方法，甚至能夠生成新的類的字節碼文件。

　　③  ClassAdapter:該類也實現了ClassVisitor接口，它將對它的方法調用委託給另外一個ClassVisitor對象。

　　示例1.經過asm生成類的字節碼

 1 package com.asm3; 2  3 import java.io.File; 4 import java.io.FileNotFoundException; 5 import java.io.FileOutputStream; 6 import java.io.IOException; 7  8 import org.objectweb.asm.ClassWriter; 9 import org.objectweb.asm.Opcodes;10 11 /**12  * 經過asm生成類的字節碼13  * @author Administrator14  *15  */16 public class GeneratorClass {17 18     public static void main(String[] args) throws IOException {19         //生成一個類只須要ClassWriter組件便可20         ClassWriter cw = new ClassWriter(0);21         //經過visit方法肯定類的頭部信息22         cw.visit(Opcodes.V1_5, Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_ABSTRACT+Opcodes.ACC_INTERFACE,23                 "com/asm3/Comparable", null, "java/lang/Object", new String[]{"com/asm3/Mesurable"});24         //定義類的屬性25         cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,26                 "LESS", "I", null, new Integer(-1)).visitEnd();27         cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,28                 "EQUAL", "I", null, new Integer(0)).visitEnd();29         cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,30                 "GREATER", "I", null, new Integer(1)).visitEnd();31         //定義類的方法32         cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_ABSTRACT, "compareTo",33                 "(Ljava/lang/Object;)I", null, null).visitEnd();34         cw.visitEnd(); //使cw類已經完成35         //將cw轉換成字節數組寫到文件裏面去36         byte[] data = cw.toByteArray();37         File file = new File("D://Comparable.class");38         FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);39         fout.write(data);40         fout.close();41     }42 }

　　生成一個類的字節碼文件只須要用到ClassWriter類便可，生成Comparable.class後用javap指令對其進行反編譯：javap -c Comparable.class >test.txt  ,編譯後的結果以下：

1 public interface com.asm3.Comparable extends com.asm3.Mesurable {2   public static final int LESS;3 4   public static final int EQUAL;5 6   public static final int GREATER;7 8   public abstract int compareTo(java.lang.Object);9 }

　　注：一個編譯後的java類不包含package和import段，所以在class文件中全部的類型都使用的是全路徑。

　　示例2.修改類的字節碼文件

C.java

1 package com.asm5;2 3 public class C {4     public void m() throws InterruptedException{5         Thread.sleep(100); 
6     }7 }

將C.java類的內容改成以下：

 1 package com.asm5; 2  3 public class C { 4     public static long timer; 5     public void m() throws InterruptedException{ 6         timer -= System.currentTimeMillis(); 7         Thread.sleep(100); 
 8         timer += System.currentTimeMillis(); 9     }10 }

　　爲了弄清楚ASM是如何實現的，咱們先編譯這兩個類，而後比對它們的TraceClassVisitor的輸出，咱們能夠發現以下的不一樣（粗體表示）

GETSTATIC C.timer : J
INVOKESTATIC java/lang/System.currentTimilis()J
LSUB
PUTSTATIC C.timer : J
LDC 100
INVOKESTATIC java/lang/Thread.sleep(J)V
GETSTATIC C.timer : J
INVOKESTATIC java/lang/System.currentTimilis()J
LADD
PUTSTATIC C.timer : J
RETURN
MAXSTACK=4
MAXLOCALS=1

　　經過比對上面的指令，咱們能夠發現必須在m()方法的最前面增長四條指令，在RETURN指令前也增長四條指令，同時這四條必須位於xRETURN和ATHROW以前，由於這些指令都會結束方法的執行。

具體代碼以下：

AddTimeClassAdapter.java

 1 package com.asm5; 2  3 import org.objectweb.asm.ClassAdapter; 4 import org.objectweb.asm.ClassVisitor; 5 import org.objectweb.asm.FieldVisitor; 6 import org.objectweb.asm.MethodAdapter; 7 import org.objectweb.asm.MethodVisitor; 8 import org.objectweb.asm.Opcodes; 9 10 public class AddTimeClassAdapter extends ClassAdapter {11     private String owner;12     private boolean isInterface;13     public AddTimeClassAdapter(ClassVisitor cv) {14         super(cv);15     }16     @Override17     public void visit(int version, int access, String name, String signature,18             String superName, String[] interfaces) {19         cv.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces);20         owner = name;21         isInterface = (access & Opcodes.ACC_INTERFACE) != 0;22     }23     @Override24     public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc,25             String signature, String[] exceptions) {26         MethodVisitor mv = cv.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);27         if(!name.equals("<init>") && !isInterface && mv!=null){28             //爲方法添加計時功能29             mv = new AddTimeMethodAdapter(mv);30         }31         return mv;32     }33     @Override34     public void visitEnd() {35         //添加字段36         if(!isInterface){37             FieldVisitor fv = cv.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_STATIC, "timer", "J", null, null);38             if(fv!=null){39                 fv.visitEnd();40             }41         }42         cv.visitEnd();43     }44     45     class AddTimeMethodAdapter extends MethodAdapter{46         public AddTimeMethodAdapter(MethodVisitor mv) {47             super(mv);48         }49         @Override50         public void visitCode() {51             mv.visitCode();52             mv.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, owner, "timer", "J");53             mv.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J");54             mv.visitInsn(Opcodes.LSUB);55             mv.visitFieldInsn(Opcodes.PUTSTATIC, owner, "timer", "J");56         }57         @Override58         public void visitInsn(int opcode) {59             if((opcode>=Opcodes.IRETURN && opcode<=Opcodes.RETURN) || opcode==Opcodes.ATHROW){60                 mv.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, owner, "timer", "J");61                 mv.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J");62                 mv.visitInsn(Opcodes.LADD);63                 mv.visitFieldInsn(Opcodes.PUTSTATIC, owner, "timer", "J");64             }65             mv.visitInsn(opcode);66         }67         @Override68         public void visitMaxs(int maxStack, int maxLocal) {69             mv.visitMaxs(maxStack+4, maxLocal);70         }71     }72     73 }

Generator.java

 1 package com.asm5; 2  3 import java.io.File; 4 import java.io.FileNotFoundException; 5 import java.io.FileOutputStream; 6 import java.io.IOException; 7  8 import org.objectweb.asm.ClassAdapter; 9 import org.objectweb.asm.ClassReader;10 import org.objectweb.asm.ClassWriter;11 12 13 14 public class Generator {15 16     public static void main(String[] args){17         try {18             ClassReader cr = new ClassReader("com/asm5/C");19             ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);20             ClassAdapter classAdapter = new AddTimeClassAdapter(cw);21             //使給定的訪問者訪問Java類的ClassReader22             cr.accept(classAdapter, ClassReader.SKIP_DEBUG);23             byte[] data = cw.toByteArray();24             File file = new File(System.getProperty("user.dir") + "\\WebRoot\\WEB-INF\\classes\\com\\asm5\\C.class");25             FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);26             fout.write(data);27             fout.close();28             System.out.println("success!");29         } catch (FileNotFoundException e) {30             e.printStackTrace();31         } catch (IOException e) {32             e.printStackTrace();33         }34     }35 36 }

下面是一個測試類：

 1 package com.asm5; 2  3 public class Test { 4     public static void main(String[] args) throws InterruptedException, NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException { 5         C c = new C(); 6         c.m(); 7         Class cc = c.getClass(); 8         System.out.println(cc.getField("timer").get(c)); 9     }10 }

輸出結果爲：100