打开java语言世界通往字节码世界的大门——ASM字节码操作类库

于 2024-02-05 17:00:21 发布
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文章标签： java python 开发语言
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一、ASM介绍

1、ASM 是什么

ASM是一个通用的Java字节码操作和分析框架。它可以用于修改现有类或直接以二进制形式动态生成类。ASM提供了一些常见的字节码转换和分析算法，可以从中构建定制的复杂转换和代码分析工具。ASM提供了与其他Java字节码框架类似的功能，但侧重于性能。由于它的设计和实现尽可能小和快，因此非常适合在动态系统中使用（但当然也可以以静态方式使用，例如在编译器中）。

一个.java文件经过Java编译器（javac）编译之后会生成一个.class文件。在.class文件中，存储的是字节码（ByteCode）数据。ASM所操作的对象是字节码（ByteCode），而在许多情况下，字节码（ByteCode）的具体表现形式是.class文件。

ASM处理字节码（ByteCode）的方式是“拆分－修改－合并”。

字节码工具 类创建 实现接口 方法调用 类扩展 父类方法调用 优点 缺点 常见使用 学习成本
java-proxy 支持 支持 支持 不支持 不支持 简单动态代理首选 功能有限，不支持扩展 spring-aop,MyBatis 1星
asm 支持 支持 支持 支持 支持 任意字节码插入，几乎不受限制 学习难度大，编写代码多 cglib 5星
javaassit 支持 支持 支持 支持 支持 java原始语法，字符串形式插入，写入直观 不支持jdk1.5以上的语法，如泛型，增强for Fastjson,MyBatis 2星
cglib 支持 支持 支持 支持 支持 与bytebuddy看起来差不多 正在被bytebuddy淘汰 EasyMock，jackson-databind 3星
bytebuddy 支持 支持 支持 支持 支持 支持任意维度的拦截，可以获取原始类、方法，以及代理类和全部参数 不太直观，学习理解有些成本，API非常多 SkyWalking，Mockito，Hibernate，powermock 3星

•ASM官网：https://asm.ow2.io/

•ASM源码：https://gitlab.ow2.org/asm/asm

•开发者指南：https://asm.ow2.io/developer-guide.html

2、ASM能做什么

生成、修改、删除(接口、类、字段、方法…）ASM能够对字节码数据进行analyze、generate、transformation，ASM可以形象的理解为“Java语言世界”边缘上一扇大门，通过这扇大门，可以帮助我们进入到“字节码的世界”。

3、ASM实际的使用场景

3.1、Spring当中的ASM

第一个应用场景，是Spring框架当中的AOP。 在很多Java项目中，都会使用到Spring框架，而Spring框架当中的AOP（Aspect Oriented Programming）是依赖于ASM的。具体来说，Spring的AOP，可以通过JDK的动态代理来实现，也可以通过CGLIB实现。其中，CGLib (Code Generation Library)是在ASM的基础上构建起来的，所以，Spring AOP是间接的使用了ASM。（参考自 Spring Framework Reference Documentation的 8.6 Proxying mechanisms）。

3.2、JDK当中的ASM

第二个应用场景，是JDK当中的Lambda表达式。 在Java 8中引入了一个非常重要的特性，就是支持Lambda表达式。Lambda表达式，允许把方法作为参数进行传递，它能够使代码变的更加简洁紧凑。但是，我们可能没有注意到，其实，在现阶段（Java 8版本），Lambda表达式的调用是通过ASM来实现的。

在rt.jar文件的jdk.internal.org.objectweb.asm包当中，就包含了JDK内置的ASM代码。在JDK 8版本当中，它所使用的ASM 5.0版本。

如果我们跟踪Lambda表达式的编码实现，就会找到InnerClassLambdaMetafactory.spinInnerClass()方法。在这个方法当中，我们就会看到：JDK会使用jdk.internal.org.objectweb.asm.ClassWriter来生成一个类，将lambda表达式的代码包装起来。

LambdaMetafactory.metafactory() 第一步，找到这个方法​ InnerClassLambdaMetafactory.buildCallSite() 第二步，找到这个方法

​ InnerClassLambdaMetafactory.spinInnerClass() 第三步，找到这个方法

4、 ASM的两个组成部分

从组成结构上来说，ASM分成两部分，一部分为Core API，另一部分为Tree API。

其中，Core API包括asm.jar、asm-util.jar和asm-commons.jar；其中，Tree API包括asm-tree.jar和asm-analysis.jar。

asm.jar内核心类：ClassReader、ClassVisitor、ClassWriter、FieldVisitor、FieldWriter、MethodVisitor、MethodWriter、Label、Opcodes、Type

ClassReader类，负责读取.class文件里的内容，然后拆分成各个不同的部分。ClassVisitor类，负责对.class文件中某一部分里的信息进行修改。ClassWriter类，负责将各个不同的部分重新组合成一个完整的.class文件。

asm-util.jar内核心类

以Check开头的类，主要负责检查（Check）生成的.class文件内容是否正确。以Trace开头的类，主要负责将.class文件的内容打印成文字输出。根据输出的文字信息，可以探索或追踪（Trace）.class文件的内部信息。

5、ClassFile

我们都知道，在.class文件中，存储的是ByteCode数据。但是，这些ByteCode数据并不是杂乱无章的，而是遵循一定的数据结构。

这个.class文件遵循的数据结构就是由 Java Virtual Machine Specification中定义的 The class File Format

6、常见的字节码类库

Apache Commons BCEL：其中BCEL为Byte Code Engineering Library首字母的缩写。

Javassist：Javassist表示Java programming assistant

ObjectWeb ASM：本课程的研究对象。

Byte Buddy：在ASM基础上实现的一个类库。

二、无中生有

1、生成新的接口

预期目标：

生成一个正常接口结构定义的.class文件

public interface ASMInterface {
    byte byteType = 1;
    short shortType = 1;
    int intType = 1;
    char charType = 's';
    float floatType = 1.1F;
    double doubleType = 1.2;
    long longType = 1L;
    boolean booleanType = false;
    Byte ByteType = 1;
    Short ShortType = Short.valueOf((short)1);
    Integer IntegerType = 1;
    String StringType = "s";
    Float FloatType = 1.1F;
    Double DoubleType = 1.1;
    Long LongType = 1L;
    Boolean BooleanType = true;

    void function();

    default String defaultFunction(Integer integer) {
        System.out.println("param = " + integer);
        return String.valueOf(integer);
    }

    static Integer getInteger(String str) {
        return Integer.valueOf(str);
    }
}
编码实现：
public class InterfaceGenerateCore {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String relative_path = "sample/ASMGenerateInterface.class";
        String filepath = FileUtils.getFilePath(relative_path);

        // (1) 生成byte[]内容
        byte[] bytes = dump();

        // (2) 保存byte[]到文件
        FileUtils.writeBytes(filepath, bytes);
    }

    public static byte[] dump() throws Exception {
        // (1) 创建ClassWriter对象
        ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);

        // (2) 调用visitXxx()方法,调用顺序和说明如下
        /*
         *  visit
         *  [visitSource][visitModule][visitNestHost][visitPermittedSubclass][visitOuterClass]
         *  (visitAnnotation |
         *   visitTypeAnnotation |
         *   visitAttribute)*
         *  (visitNestMember |
         *   visitInnerClass |
         *   visitRecordComponent |
         *   visitField |
         *   visitMethod)*
         *  visitEnd
         *  []: 表示最多调用一次，可以不调用，但最多调用一次。
         *  ()和|: 表示在多个方法之间，可以选择任意一个，并且多个方法之间不分前后顺序。
         *  *: 表示方法可以调用0次或多次。
         * */

        //定义接口
        /*
         *visit(version, access, name, signature, superName, interfaces)
         *version: 表示当前类的版本信息。在下述示例代码中，其取值为Opcodes.V1_8，表示使用Java 8版本。
         *access: 表示当前类的访问标识（access flag）信息。在下面的示例中，access的取值是ACC_PUBLIC + ACC_ABSTRACT + ACC_INTERFACE，也可以写成ACC_PUBLIC | ACC_ABSTRACT | ACC_INTERFACE。如果想进一步了解这些标识的含义，可以参考Java Virtual Machine Specification的Chapter 4. The class File Format部分。
         *name: 表示当前类的名字，它采用的格式是Internal Name的形式。在.java文件中，我们使用Java语言来编写代码，使用类名的形式是Fully Qualified Class Name，例如java.lang.String；将.java文件编译之后，就会生成.class文件；在.class文件中，类名的形式会发生变化，称之为Internal Name，例如java/lang/String。因此，将Fully Qualified Class Name转换成Internal Name的方式就是，将.字符转换成/字符。
         *signature: 表示当前类的泛型信息。因为在这个接口当中不包含任何的泛型信息，因此它的值为null。
         *superName: 表示当前类的父类信息，它采用的格式是Internal Name的形式。
         *interfaces: 表示当前类实现了哪些接口信息。
         **/
        cw.visit(
                V1_8,                                        // version
                ACC_PUBLIC + ACC_ABSTRACT + ACC_INTERFACE,   // access
                "sample/ASMGenerateInterface",               // name
                null,                                        // signature
                "java/lang/Object",                          // superName
                null                                         // interfaces
        );
        //定义字段-基本类型
        /*
         * visitField(access, name, descriptor, signature, value)
         *access参数：表示当前字段或方法带有的访问标识（access flag）信息，例如ACC_PUBLIC、ACC_STATIC和ACC_FINAL等。
         *name参数：表示当前字段或方法的名字。
         *descriptor参数：表示当前字段或方法的描述符。这些描述符，与我们平时使用的Java类型是有区别的。byte-B、short-S、int-I、char-C、具体可以参考如下示例代码
         *signature参数：表示当前字段或方法是否带有泛型信息。换句话说，如果不带有泛型信息，提供一个null就可以了；如果带有泛型信息，就需要给它提供某一个具体的值。
         *value参数：是visitField()方法的第5个参数。这个参数的取值，与当前字段是否为常量有关系。如果当前字段是一个常量，就需要给value参数提供某一个具体的值；如果当前字段不是常量，那么使用null就可以了。
         * */
        {
            FieldVisitor fv1 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "byteType", "B", null, new Integer(1));
            fv1.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv2 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "shortType", "S", null, new Integer(1));
            fv2.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv3 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "intType", "I", null, new Integer(1));
            fv3.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv4 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "charType", "C", null, 's');
            fv4.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv5 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "floatType", "F", null, new Float("1.1"));
            fv5.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv6 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "doubleType", "D", null, new Double("1.2"));
            fv6.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv7 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "longType", "J", null, new Long(1L));
            fv7.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv8 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "booleanType", "Z", null, new Integer(0));
            fv8.visitEnd();
        }
        //定义变量-包装类型
        {
            FieldVisitor fv11 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "ByteType", "Ljava/lang/Byte;", null, null);
            fv11.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv12 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "ShortType", "Ljava/lang/Short;", null,null);
            fv12.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv13 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "IntegerType", "Ljava/lang/Integer;", null,null);
            fv13.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv14 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "StringType", "Ljava/lang/String;", null, "s");
            fv14.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv15 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "FloatType", "Ljava/lang/Float;", null,null);
            fv15.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv16 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "DoubleType", "Ljava/lang/Double;", null,null);
            fv16.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv17 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "LongType", "Ljava/lang/Long;", null,  null);
            fv17.visitEnd();
        }
        {
            FieldVisitor fv18 = cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC + ACC_FINAL, "BooleanType", "Ljava/lang/Boolean;", null, null);
            fv18.visitEnd();
        }
        //定义方法-抽象方法
        /*
         * visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions)
         *access参数：表示当前字段或方法带有的访问标识（access flag）信息，例如ACC_PUBLIC、ACC_STATIC和ACC_FINAL等。
         *name参数：表示当前字段或方法的名字。
         *descriptor参数：表示当前字段或方法的描述符。这些描述符，与我们平时使用的Java类型是有区别的。()内为入参，后面为反参
         *signature参数：表示当前字段或方法是否带有泛型信息。换句话说，如果不带有泛型信息，提供一个null就可以了；如果带有泛型信息，就需要给它提供某一个具体的值。
         *exceptions参数：是visitMethod()方法的第5个参数。这个参数的取值，与当前方法声明中是否具有throws XxxException相关。
         * */
        {
            MethodVisitor mv1 = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC + ACC_ABSTRACT, "function", "()V", null, null);
            mv1.visitEnd();
        }
        //定义方法-默认方法
        {
            MethodVisitor mv2 = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC, "defaultFunction", "(Ljava/lang/Integer;)Ljava/lang/String;", null, null);
            mv2.visitCode();
            mv2.visitFieldInsn(GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
            mv2.visitTypeInsn(NEW, "java/lang/StringBuilder");
            mv2.visitInsn(DUP);
            mv2.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/lang/StringBuilder", "<init>", "()V", false);
            mv2.visitLdcInsn("param = ");
            mv2.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/lang/StringBuilder", "append", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;", false);
            mv2.visitVarInsn(ALOAD, 1);
            mv2.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/lang/StringBuilder", "append", "(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;", false);
            mv2.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/lang/StringBuilder", "toString", "()Ljava/lang/String;", false);
            mv2.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
            mv2.visitVarInsn(ALOAD, 1);
            mv2.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/String", "valueOf", "(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String;", false);
            mv2.visitInsn(ARETURN);
            mv2.visitMaxs(3, 2);
            mv2.visitEnd();
        }
        //定义方法-静态方法
        {
            MethodVisitor mv3 = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC | ACC_STATIC, "getInteger", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Integer;", null, null);
            mv3.visitCode();
            mv3.visitVarInsn(ALOAD, 0);
            mv3.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/Integer", "valueOf", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Integer;", fal
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一起单测引起的项目加载失败惨案
09-03 1583
是相对于静态编程而言的,平时我们讨论比较多的就是静态编程语言，例如Java，与动态编程语言，例如JavaScript。最近在开发一个功能模块时，在功能自测阶段，通过使用单测测试功能的完整性，在测试单测联通性使用到静态方法测试时，发现单测报错，通过查阅解决方案发现需要对。建议大家在构建Maven项目时，仔细检查POM文件中的依赖，确保没有漏掉任何必要的库，以免因为遗漏而引起不必要的问题。但是，在我们的POM文件中，虽然我们添加了对Spring框架的依赖，但是并没有添加。: 返回修改后的字节码。
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京东小程序折叠屏适配探索
09-03 6566
应用在折叠屏运行时，可以从一个屏幕切换到另一个屏幕。应用应该做好配置变更的适配和界面状态的保存，以保证应用当前任务能无缝迁移到转换后的屏幕，从而为用户提供出色的连续性体验。折叠屏作为未来Android屏幕发展的新趋势，具有很大的发展前景，做好折叠屏相关适配支持也势在必行。小程序相关适配已经跟随京东主站、小家App、小家三星预装版等发布上线，本文是作者进行相关适配的一些心得体会，如有不足敬请见谅，欢迎交流探讨。
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KubeCon China 2024全球大会在香港举行，京东云受邀参加探讨云原生、开源及 AI
09-03 837
和数字化大潮一样，在AI化的革命下，云端也在全面拥抱AI，并在方方面面变得更安全、更高效，让全球各行各业受益。大会首日吸引了来自全球 30 多个国家和地区的 1000 多名参会者，共同探讨云原生、开源及 AI 领域的前沿进展、核心技术和最佳实践。在京东云中，联邦Serverless服务基于联邦管理模型和Serverless应用模型，为联邦应用容器部署、弹性扩展和故障迁移提供JDOS应用容器控制服务。弹性扩缩容技术方案有很广大的应用前景，京东云内部也在进行大量的生产实践和验证。1. 多集群管理和分发实践。
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京东搜索重排：基于互信息的用户偏好导向模型
09-03 1525
。
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探索AC自动机：多关键词搜索的原理与应用案例
09-03 1264
目前，大多数自由文本搜索技术采用类似于Lucene的策略，通过解析搜索文本为各个组成部分来定位关键词。这种方法在处理少量关键词时表现良好。但当搜索的关键词数量达到10万个或更多时，这种方法的效率会显著下降，尤其是在需要与词典进行详尽对比的场景中。本文将介绍的Aho-Corasick（AC）自动机作为多模式匹配中的经典算法，不仅能够处理大规模文本数据，还能确保搜索过程的实时性和准确性。AC自动机可以被形象地比喻为一个超级找词机器。
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“前端”工匠系列（一）：合格的工匠，究竟该搞什么
09-03 852
有效的交流是需要以有效的信息为载体的。在用户端日志查询、特殊边界场景复现、日志排查定位故障等场景，“实时”就不是必要的，这种场景下一般采用T+1查询，但是又引入了大量级日志的存储周期的话题，一般企业应用级的用户日志保存14天就完全够用了，因为对于C端日志来说，更多的是对现场故障的复现、处理及跟进，如果算法策略对用户日志有需要，只需要在一定时间内采用处理任务对用户日志进行一次处理，把输出的标签、行为特征等关键数据存储就可以，基础的用户日志还是应该被存档或清除释放资源供给更有价值的最新日志来使用。
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