java字节码框架ASM的深入学习

一、什么是asm

asm是一个java字节码操纵框架，它能被用来动态生成类或者增强既有类的功能。asm 可以直接产生二进制 class 文件，也可以在类被加载入 java 虚拟机之前动态改变类行为。java class 被存储在严格格式定义的 .class文件里，这些类文件拥有足够的元数据来解析类中的所有元素：类名称、方法、属性以及 java 字节码（指令）。asm从类文件中读入信息后，能够改变类行为，分析类信息，甚至能够根据用户要求生成新类。

使用asm框架需要导入asm的jar包，下载链接：。

二、如何使用asm

asm框架中的核心类有以下几个：

      ①  classreader:该类用来解析编译过的class字节码文件。

      ②  classwriter:该类用来重新构建编译后的类，比如说修改类名、属性以及方法，甚至可以生成新的类的字节码文件。

      ③  classadapter:该类也实现了classvisitor接口，它将对它的方法调用委托给另一个classvisitor对象。

示例1.通过asm生成类的字节码

package com.asm3;

import java.io.file;
import java.io.filenotfoundexception;
import java.io.fileoutputstream;
import java.io.ioexception;

import org.objectweb.asm.classwriter;
import org.objectweb.asm.opcodes;

/**
 * 通过asm生成类的字节码
 * @author administrator
 *
 */
public class generatorclass {

 public static void main(string[] args) throws ioexception {
 //生成一个类只需要classwriter组件即可
 classwriter cw = new classwriter(0);
 //通过visit方法确定类的头部信息
 cw.visit(opcodes.v1_5, opcodes.acc_public+opcodes.acc_abstract+opcodes.acc_interface,
  "com/asm3/comparable", null, "java/lang/object", new string[]{"com/asm3/mesurable"});
 //定义类的属性
 cw.visitfield(opcodes.acc_public+opcodes.acc_final+opcodes.acc_static,
  "less", "i", null, new integer(-1)).visitend();
 cw.visitfield(opcodes.acc_public+opcodes.acc_final+opcodes.acc_static,
  "equal", "i", null, new integer(0)).visitend();
 cw.visitfield(opcodes.acc_public+opcodes.acc_final+opcodes.acc_static,
  "greater", "i", null, new integer(1)).visitend();
 //定义类的方法
 cw.visitmethod(opcodes.acc_public+opcodes.acc_abstract, "compareto",
  "(ljava/lang/object;)i", null, null).visitend();
 cw.visitend(); //使cw类已经完成
 //将cw转换成字节数组写到文件里面去
 byte[] data = cw.tobytearray();
 file file = new file("d://comparable.class");
 fileoutputstream fout = new fileoutputstream(file);
 fout.write(data);
 fout.close();
 }
}

生成一个类的字节码文件只需要用到classwriter类即可，生成comparable.class后用javap指令对其进行反编译：javap -c comparable.class >test.txt  ,编译后的结果如下：

public interface com.asm3.comparable extends com.asm3.mesurable {
 public static final int less;

 public static final int equal;

 public static final int greater;

 public abstract int compareto(java.lang.object);
}

注：一个编译后的java类不包含package和import段，因此在class文件中所有的类型都使用的是全路径。

示例2.修改类的字节码文件

c.java

package com.asm5;

public class c {
 public void m() throws interruptedexception{
 thread.sleep(100); 
 }
}

将c.java类的内容改为如下：

package com.asm5;

public class c {
 public static long timer;
 public void m() throws interruptedexception{
 timer -= system.currenttimemillis();
 thread.sleep(100); 
 timer += system.currenttimemillis();
 }
}

为了弄清楚asm是如何实现的，我们先编译这两个类，然后比对它们的traceclassvisitor的输出，我们可以发现如下的不同（粗体表示）

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

通过比对上面的指令，我们可以发现必须在m()方法的最前面增加四条指令，在return指令前也增加四条指令，同时这四条必须位于xreturn和athrow之前，因为这些指令都会结束方法的执行。

具体代码如下：

addtimeclassadapter.java

package com.asm5;

import org.objectweb.asm.classadapter;
import org.objectweb.asm.classvisitor;
import org.objectweb.asm.fieldvisitor;
import org.objectweb.asm.methodadapter;
import org.objectweb.asm.methodvisitor;
import org.objectweb.asm.opcodes;

public class addtimeclassadapter extends classadapter {
 private string owner;
 private boolean isinterface;
 public addtimeclassadapter(classvisitor cv) {
 super(cv);
 }
 @override
 public void visit(int version, int access, string name, string signature,
  string supername, string[] interfaces) {
 cv.visit(version, access, name, signature, supername, interfaces);
 owner = name;
 isinterface = (access & opcodes.acc_interface) != 0;
 }
 @override
 public methodvisitor visitmethod(int access, string name, string desc,
  string signature, string[] exceptions) {
 methodvisitor mv = cv.visitmethod(access, name, desc, signature, exceptions);
 if(!name.equals("<init>") && !isinterface && mv!=null){
  //为方法添加计时功能
  mv = new addtimemethodadapter(mv);
 }
 return mv;
 }
 @override
 public void visitend() {
 //添加字段
 if(!isinterface){
  fieldvisitor fv = cv.visitfield(opcodes.acc_public+opcodes.acc_static, "timer", "j", null, null);
  if(fv!=null){
  fv.visitend();
  }
 }
 cv.visitend();
 }
 
 class addtimemethodadapter extends methodadapter{
 public addtimemethodadapter(methodvisitor mv) {
  super(mv);
 }
 @override
 public void visitcode() {
  mv.visitcode();
  mv.visitfieldinsn(opcodes.getstatic, owner, "timer", "j");
  mv.visitmethodinsn(opcodes.invokestatic, "java/lang/system", "currenttimemillis", "()j");
  mv.visitinsn(opcodes.lsub);
  mv.visitfieldinsn(opcodes.putstatic, owner, "timer", "j");
 }
 @override
 public void visitinsn(int opcode) {
  if((opcode>=opcodes.ireturn && opcode<=opcodes.return) || opcode==opcodes.athrow){
  mv.visitfieldinsn(opcodes.getstatic, owner, "timer", "j");
  mv.visitmethodinsn(opcodes.invokestatic, "java/lang/system", "currenttimemillis", "()j");
  mv.visitinsn(opcodes.ladd);
  mv.visitfieldinsn(opcodes.putstatic, owner, "timer", "j");
  }
  mv.visitinsn(opcode);
 }
 @override
 public void visitmaxs(int maxstack, int maxlocal) {
  mv.visitmaxs(maxstack+4, maxlocal);
 }
 }
 
}

generator.java

package com.asm5;

import java.io.file;
import java.io.filenotfoundexception;
import java.io.fileoutputstream;
import java.io.ioexception;

import org.objectweb.asm.classadapter;
import org.objectweb.asm.classreader;
import org.objectweb.asm.classwriter;



public class generator {

 public static void main(string[] args){
 try {
  classreader cr = new classreader("com/asm5/c");
  classwriter cw = new classwriter(classwriter.compute_maxs);
  classadapter classadapter = new addtimeclassadapter(cw);
  //使给定的访问者访问java类的classreader
  cr.accept(classadapter, classreader.skip_debug);
  byte[] data = cw.tobytearray();
  file file = new file(system.getproperty("user.dir") + "\\webroot\\web-inf\\classes\\com\\asm5\\c.class");
  fileoutputstream fout = new fileoutputstream(file);
  fout.write(data);
  fout.close();
  system.out.println("success!");
 } catch (filenotfoundexception e) {
  e.printstacktrace();
 } catch (ioexception e) {
  e.printstacktrace();
 }
 }

}

下面是一个测试类：

package com.asm5;

public class test {
 public static void main(string[] args) throws interruptedexception, nosuchfieldexception, securityexception, illegalargumentexception, illegalaccessexception {
 c c = new c();
 c.m();
 class cc = c.getclass();
 system.out.println(cc.getfield("timer").get(c));
 }
}

输出结果为：100

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，如果有疑问大家可以留言交流。