java asm 框架 浅析

什么是asm呢?asm是assembly的缩写,是汇编的称号,对于java而言,asm就是字节码级别的编程。  

而这里说到的asm是指objectweb asm,一种.class的代码生成器的开源项目.  

ASM是一套java字节码生成架构,它可以动态生成二进制格式的stub类或其它代理类,  

或者在类被java虚拟机装入内存之前,动态修改类。  

现在挺多流行的框架都使用到了asm.所以从aop追溯来到了这。  

1.什么是ObjectWeb ASM  

    ObjectWeb ASM是轻量级的Java字节码处理框架。它可以动态生成二进制格式的stub类或其他代理类,或者在类被JAVA虚拟机装入内存之前,动态修改类。   

    ASM 提供了与 BCEL和SERP相似的功能,只有22K的大小,比起350K的BCEL和150K的SERP来说,是相当小巧的,并且它有更高的执行效率,  

    是BCEL 的7倍,SERP的11倍以上。  

在我看来,ObjectWeb ASM具有如下几个非常诱人的特点  

    * 小巧、高效  

    * 源代码实现非常简洁而又优雅,简直就是Gof的《设计模式》非常棒的注解  

    * 字节码级的控制,能够更高效地实现字节码的控制  

ObjectWeb ASM有2组接口:  

    * 基于事件驱动的接口,类似于xml的SAX接口,visitor模式,在访问到类定义某个部分的时候进行回调,实现上比tree接口高效,占用内存更小  

    * 基于tree的接口,类似于xml的DOM接口,将类定义解析成tree  

这里我们将使用ObjectWeb ASM的事件驱动接口  

2. 目标  

    我们将对已有的字节码进行增强,收集进入方法和退出方法的信息,这里主要解决Method Monitor的字节码增强部分,  

    不对收集后的数据处理做更深入地研究,出于演示的目的,我们定义了如下的收集方法的访问信息处理,  

    在实际应用中,我们可能会使用更好的格式收集更多的数据、使用异步处理提高性能、使用批量处理提高处理能力、使用友好的UI显示信息等等,  

    此处不对这部分进行探讨  

   1. package blackstar.methodmonitor.instrutment.monitor;    
   2. public class MonitorUtil    
   3. {    
   4.     public final static String CLASS_NAME = MonitorUtil.class.getName()    
   5.             .replaceAll("\\.", "/");    
   6.     public final static String ENTRY_METHOD = "entryMethod";    
   7.     public final static String EXIT_METHOD = "exitMethod";    
   8.     public final static String METHOD = "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V";    
   9.     
  10.     public static void entryMethod(String className, String methodName)    
  11.     {    
  12.         System.out.println("entry : " + className + "." + methodName);    
  13.     }    
  14.     
  15.     public static void exitMethod(String className, String methodName)    
  16.     {    
  17.         System.out.println("exit : " + className + "." + methodName);    
  18.     }    
  19. }    

3. 从字节码开始  

实际上,对于被监控制的代码,我们所需要实现的功能如下,红色部分的代码是我们需要在动态期插到字节码中间的  

public xxx method(…)  
{  
    try  
    {  
         methodEntry(…)  
 
         methodCode  
     }  
      finally  
     {  
          methodExit(…)  
     }  
}   

这个问题看起来简单,实际则没有那么容易,因为在JVM的字节码设计中,字节码并不直接支持finally语句,而是使用try…catch来模拟的,我们先来看一个例子  

Java代码  

   1. package blackstar.methodmonitor.instrutment.test;    
   2.     
   3. public class Test    
   4. {    
   5.     public void sayHello() throws Exception    
   6.     {    
   7.         try    
   8.         {    
   9.             System.out.println("hi");    
  10.         } catch (Exception e)    
  11.         {    
  12.             System.out.println("exception");    
  13.             return;    
  14.         } finally    
  15.         {    
  16.             System.out.println("finally");    
  17.         }    
  18.     }    
  19. }    

我们看看字节码是如何处理finally语句的  

      首先看看异常表,异常是在JVM级别上直接支持的,下面异常表的意思是,在执行0-8语句的时候,如果有异常java.lang.Exception抛出,则进入第11语句,  

    在执行0-20语句的时候,有任何异常抛出,都进入29语句。实际上JVM是这样实现finally语句的:  

    * 在任何return语句之前,都会增加finally语句中的字节码  

    * 定义一个捕获所有异常的语句,增加finally语句中的字节码,如果finally中没有return语句,则会将异常再次抛出去(处理方法以抛出异常的方式结束)  

Exceptions:  

[0-8): 11 - java.lang.Exception  
[0-20): 29   

我们再看看字节码具体是如何做的  

0 getstatic java.lang.System.out  
3 ldc "hi" (java.lang.String)  
5 invokevirtual println  
8 goto 40  
// System.out.println("hi");,执行完之后执行返回(goto 40)  
11 astore_1  
12 getstatic java.lang.System.out  
15 ldc "exception" (java.lang.String)  
17 invokevirtual println  
// System.out.println("exception");  
20 getstatic java.lang.System.out  
23 ldc "finally" (java.lang.String)  
25 invokevirtual println  
// return语句之前插入finally部分字节码  
// System.out.println("finally");  
28 return  
29 astore_2  
30 getstatic java.lang.System.out  
33 ldc "finally" (java.lang.String)  
35 invokevirtual println  
38 aload_2  
39 athrow  
//当在执行0-29语句中,如果有异常抛出,则执行这段finally语句  
//此处的astore_2(将栈顶值——即exception的地址——设给第2个local变量)和aload_2(将第2个local变量的值入栈)这两个字节码实际是不必要的,  
//但需要注意的是,如果这2段代码去掉的话,要考虑增大操作栈(max stack)以容纳这个exception地址  
//System.out.println("finally");  
40 getstatic java.lang.System.out  
43 ldc "finally" (java.lang.String)  
45 invokevirtual println  
// return语句之前插入finally部分字节码  
// System.out.println("finally");  
48 return   

实际上,我们需要做的就是  

    * 在方法进入时插入方法进入代码(需要注意,对于构造函数不允许做这种处理,构造函数第一步必须调用父类的构造函数。  

    * 在每个return操作(包括return、ireturn、freturn等)之前,插入方法退出代码  

    * 定义一个捕获所有异常的处理,在处理中,插入方法退出代码(即方法以抛异常的方式终止执行)  

4. 实现  

      我们看看使用ObjectWeb ASM如何实现我们上面描述的功能  

      1)ObjectWeb ASM的字节码修改  

    1. ClassReader cr = new ClassReader(byteArray); //使用字节码构监一个reader    
   2. ClassWriter cw = new ClassWriter(cr, 0);//writer将基于已有的字节码进行修改    
   3. MonitorClassVisitor ca = new MonitorClassVisitor(cw);//修改处理回调类    
   4. cr.accept(ca, 0);   

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