詳解Java中的位元組碼增強技術

2022-10-12 14:00:19

1.位元組碼增強技術

位元組碼增強技術就是一類對現有位元組碼進行修改或者動態生成全新位元組碼檔案的技術。

2.常見技術

技術分類	型別
靜態增強	AspectJ
動態增強	ASM、Javassist、Cglib、Java Proxy

3.ASM

<dependency>
    <groupId>org.ow2.asm</groupId>
    <artifactId>asm</artifactId>
    <version>9.4</version>
</dependency>

ASM Core API可以類比解析XML檔案中的SAX方式，不需要把這個類的整個結構讀取進來，就可以用流式的方法來處理位元組碼檔案。好處是非常節約記憶體，但是程式設計難度較大。然而出於效能考慮，一般情況下程式設計都使用Core API。在Core API中有以下幾個關鍵類：

技術分類	型別
ClassReader	用於讀取已經編譯好的.class檔案。
ClassWriter	用於重新構建編譯後的類，如修改類名、屬性以及方法，也可以生成新的類的位元組碼檔案。
Visitor類	如上所述，CoreAPI根據位元組碼從上到下依次處理，對於位元組碼檔案中不同的區域有不同的Visitor，比如用於存取方法的MethodVisitor、用於存取類變數的FieldVisitor、用於存取註解的AnnotationVisitor等。為了實現AOP，重點要使用的是MethodVisitor。

3.1 測試 Main

package com.xu.test;


/**
 * @author Administrator
 */
public class Main {

    public void print() {
        System.out.println("ASM");
    }

}

3.2 測試 CustomerClassVisitor

package com.xu.test;

import org.apache.commons.lang3.StringUtils;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

/**
 * ASM 位元組碼增強技術
 *
 * @author Administrator
 */
public class CustomerClassVisitor extends ClassVisitor implements Opcodes {

    public CustomerClassVisitor(ClassVisitor api) {
        super(ASM9, api);
    }

    @Override
    public void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces) {
        cv.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces);
    }

    @Override
    public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
        MethodVisitor mv = cv.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
        if (StringUtils.equals("print", name) && mv != null) {
            mv = new CustomerMethodVisitor(mv);
        }
        return mv;
    }

    class CustomerMethodVisitor extends MethodVisitor implements Opcodes {
        public CustomerMethodVisitor(MethodVisitor api) {
            super(ASM9, api);
        }

        @Override
        public void visitCode() {
            super.visitCode();
            mv.visitFieldInsn(GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
            mv.visitLdcInsn("start");
            mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
        }

        @Override
        public void visitInsn(int opcode) {
            if ((opcode >= Opcodes.IRETURN && opcode <= Opcodes.RETURN) || opcode == Opcodes.ATHROW) {
                mv.visitFieldInsn(GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
                mv.visitLdcInsn("end");
                mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
            }
            mv.visitInsn(opcode);
        }
    }

}

3.3 測試 Test

package com.xu.test;

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;

import org.objectweb.asm.ClassReader;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;

/**
 * @author Administrator
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ClassReader reader = new ClassReader("com/xu/test/Main");
        ClassWriter writer = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);
        // 處理
        ClassVisitor visitor = new CustomerClassVisitor(writer);
        reader.accept(visitor, ClassReader.SKIP_DEBUG);
        // 輸出
        File file = new File("target\classes\com\xu\test\Main.class");
        FileOutputStream stream = new FileOutputStream(file);
        stream.write(writer.toByteArray());
        stream.close();
        // 測試
        Class<?> cls = Class.forName("com.xu.test.Main");
        Main main = (Main) cls.getDeclaredConstructor().newInstance();
        main.print();
    }


}

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