关于asm

asm解读

 

目的： 
程序分析：用于分析程序，动态生成proxy等。 
程序生成:可在内存中生成java类并编译，所谓的just in time complie 
程序转换：优化程序插入debugging或平台观察代码(AOP) 

ASM库提供生成、转换类的2种API，一直API是基于事件一种是基于数的。基于事件的就类似于xml的SAX，而基于树的就像DOM.这2种 API都有各自的有点与缺点。基于事件的API快速并且需要的内存比基于树的少。 

组织结构： 
org.objectweb.asm与org.objectweb.asm.signature是定义基于事件的API并提供了class的读写 组建。 
org.objectweb.asm.util是工具包。 
org.objectweb.asm.commons定义了预定义类的转行器 
org.objectweb.asm.tree定义了基于树的API 
org.objectweb.asm.tree.analysis定义了基于树API的分析框架和预定义类的分析器 

java字节码的结构 
+----------------------------------------------------+ 
|Modifiers, name, super class, interfaces                                            | 
+----------------------------------------------------+ 
|Constant pool: numeric, string and type constants                         | 
+----------------------------------------------------+ 
|Source file name (optional)                                                               | 
+----------------------------------------------------+ 
|Enclosing class reference                           | 
+----------------------------------------------------+ 
|Annotation*                                         | 
+----------------------------------------------------+ 
|Attribute*                                          | 
+----------------------------------------------------+ 
|Inner class* Name                                   | 
+----------------------------------------------------+ 
|Field* Modifiers, name, type                        | 
|       Annotation*                                  | 
|       Attribute*                                   | 
+----------------------------------------------------+ 
|Method* Modifiers, name, return and parameter types | 
|        Annotation*                                 | 
|        Attribute*                                  | 
|        Compiled code                               | 
+----------------------------------------------------+ 
内部名 
在class文件里面使用的是内部名，如String的内部名是 java/lang/String 
类型描述： 
java类型->类型描述 
boolean->Z 
char->C 
byte->B 
short->S 
int->I 
float->F 
long->J 
double->D 
Object->Ljava/lang/Object; 
int[]->[I 
Object[][]->[[Ljava/lang/Object; 
方法描述： 
方法描述是类型描述列表，用于描述方法的参数类型以及返回值类型 
方法声明->方法描述 
void m(int i, float f)->(IF)V 
int m(Object o)->(Ljava/lang/Object;)I 
int[] m(int i, String s)->(ILjava/lang/String;)[I 
Object m(int[] i)->([I)Ljava/lang/Object; 



生成和解析编译好的类文件是基于ClassVisitor接口。这个接口的每个方法对应类文件相同的段名如下: 
public interface ClassVisitor { 
void visit(int version, int access, String name, String signature, 
String superName, String[] interfaces); 
void visitSource(String source, String debug); 
void visitOuterClass(String owner, String name, String desc); 
AnnotationVisitor visitAnnotation(String desc, boolean visible); 
void visitAttribute(Attribute attr); 
void visitInnerClass(String name, String outerName, String innerName, 
int access); 
FieldVisitor visitField(int access, String name, String desc, 
String signature, Object value); 
MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc, 
String signature, String[] exceptions); 
void visitEnd(); 
} 
使用方法必须符合下面规则: 
visit visitSource? visitOuterClass? ( visitAnnotation | visitAttribute )* 
( visitInnerClass | visitField | visitMethod )* 
visitEnd 
visit必须是第一个被调用的方法，然后调用visitOuterClass,接着调用visitAnnotation和 visitAttribute依次类推，最后调用visitEnd 
ASM提供3个核心基于ClassVisitor的3个核心组件用于产生解析类: 
1、ClassReader解析已经编译好的类文件，调用对应的VisitXxx方法 
2、ClassWriter实现了ClassVisitor接口,生成类 
3、ClassAdapter实现了ClassVisitor接口，代理调用接口的所有方法 
以下是类解析的例子相关信息，通过Visitor打印类

 

1. package  com.appspot.coder9527;  
2.    
3. import  java.io.IOException;  
4.    
5. import  org.objectweb.asm.AnnotationVisitor;  
6. import  org.objectweb.asm.Attribute;  
7. import  org.objectweb.asm.ClassReader;  
8. import  org.objectweb.asm.ClassVisitor;  
9. import  org.objectweb.asm.FieldVisitor;  
10. import  org.objectweb.asm.MethodVisitor;  
11.    
12. public   class  ClassInfoVisitor  implements  ClassVisitor {  
13.  @Override   
14.  public   void  visit( int  version,  int  access, String name, String signature,  
15.  String superName, String[] interfaces) {  
16.  System.out.println(name + " extends "  + superName +  " {" );  
17.  }  
18.  @Override   
19.  public  AnnotationVisitor visitAnnotation(String desc,  boolean  visible) {  
20.  return   null ;  
21.  }  
22.  @Override   
23.  public   void  visitAttribute(Attribute attr) {  
24.  }  
25.  @Override   
26.  public   void  visitEnd() {  
27.  System.out.println("}" );  
28.  }  
29.  @Override   
30.  public  FieldVisitor visitField( int  access, String name, String desc,  
31.  String signature, Object value) {  
32.  System.out.println(" "  + desc +  " "  + name);  
33.  return   null ;  
34.  }  
35.  @Override   
36.  public   void  visitInnerClass(String name, String outerName,  
37.  String innerName, int  access) {  
38.  }  
39.  @Override   
40.  public  MethodVisitor visitMethod( int  access, String name, String desc,  
41.  String signature, String[] exceptions) {  
42.  System.out.println(" "  + name + desc);  
43.  return   null ;  
44.  }  
45.  @Override   
46.  public   void  visitOuterClass(String owner, String name, String desc) {  
47.  }  
48.  @Override   
49.  public   void  visitSource(String source, String debug) {  
50.  }  
51.  public   static   void  main(String argv[])  throws  IOException {  
52.  ClassReader reader = new  ClassReader( "com.appspot.coder9527.ClassInfoVisitor" );  
53.  ClassInfoVisitor visitor = new  ClassInfoVisitor();  
54.  reader.accept(visitor, 0 );  
55.  }  
56. }  

Java代码  

1. package com.appspot.coder9527;  
2.    
3. import java.io.IOException;  
4.    
5. import org.objectweb.asm.AnnotationVisitor;  
6. import org.objectweb.asm.Attribute;  
7. import org.objectweb.asm.ClassReader;  
8. import org.objectweb.asm.ClassVisitor;  
9. import org.objectweb.asm.FieldVisitor;  
10. import org.objectweb.asm.MethodVisitor;  
11.    
12. public class ClassInfoVisitor implements ClassVisitor {  
13.  @Override  
14.  public void visit(int version, int access, String name, String signature,  
15.  String superName, String[] interfaces) {  
16.  System.out.println(name + " extends " + superName + " {");  
17.  }  
18.  @Override  
19.  public AnnotationVisitor visitAnnotation(String desc, boolean visible) {  
20.  return null;  
21.  }  
22.  @Override  
23.  public void visitAttribute(Attribute attr) {  
24.  }  
25.  @Override  
26.  public void visitEnd() {  
27.  System.out.println("}");  
28.  }  
29.  @Override  
30.  public FieldVisitor visitField(int access, String name, String desc,  
31.  String signature, Object value) {  
32.  System.out.println(" " + desc + " " + name);  
33.  return null;  
34.  }  
35.  @Override  
36.  public void visitInnerClass(String name, String outerName,  
37.  String innerName, int access) {  
38.  }  
39.  @Override  
40.  public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc,  
41.  String signature, String[] exceptions) {  
42.  System.out.println(" " + name + desc);  
43.  return null;  
44.  }  
45.  @Override  
46.  public void visitOuterClass(String owner, String name, String desc) {  
47.  }  
48.  @Override  
49.  public void visitSource(String source, String debug) {  
50.  }  
51.  public static void main(String argv[]) throws IOException {  
52.  ClassReader reader = new ClassReader("com.appspot.coder9527.ClassInfoVisitor");  
53.  ClassInfoVisitor visitor = new ClassInfoVisitor();  
54.  reader.accept(visitor, 0);  
55.  }  
56. }  

来看看ClassReader,要了解ClassReader. 
首先要理解要理解Class文件定义的格式 
struct Class_File_Format { 
   u4 magic_number;   //4个字节的魔幻数  是16进制的0xcafe 0xbabe cafe呵呵有点好耍 
   u2 minor_version;  //2个字节的主版本号 
   u2 major_version;  //2个字节次版本号 
   u2 constant_pool_count;   //常量池大小   
   cp_info constant_pool[constant_pool_count - 1];   //常量池信息  
   u2 access_flags;              //类或接口访问表示 
   u2 this_class;                //本类在常量池的索引 
   u2 super_class;               //父类在常量池的索引 
   u2 interfaces_count;          //接口计数 
   u2 interfaces[interfaces_count];  //接口对应常量池的索引 
   u2 fields_count;                   //类的域个数 
   field_info fields[fields_count];    //域数据，包括属性名称索引,域修饰符掩码等 
   u2 methods_count;                 //方法计数 
   method_info methods[methods_count];       //方法信息 
   u2 attributes_count;                       //类附加属性个数 
   attribute_info attributes[attributes_count];//类附加属性数据，包括源文件名等。 
}; 
看看常量表cp_info的定义。 
cp_info { 
  u1 tag; 
  u1 info[]; 
} 
cp_info的tag保存着类型信息，如下： 
类型 值 
CONSTANT_Class 7 
CONSTANT_Fieldref 9 
CONSTANT_Methodref 10 
CONSTANT_InterfaceMethodref 11 
CONSTANT_String 8 
CONSTANT_Integer 3 
CONSTANT_Float 4 
CONSTANT_Long 5 
CONSTANT_Double 6 
CONSTANT_NameAndType 12 
CONSTANT_Utf8 1 
指定的类型又显示了info指向的每种结构，比如CONSTANT_Class这种类型的指向的结构是 
CONSTANT_Class_info { 
  u1 tag; 
  u2 name_index; 
} 
以下是Class_File_Format的结构图 

转自:http://qiujiayu.iteye.com/blog/705782

 

------------------------------

　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：asm-3.2.jar。

　　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

 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  * 通过asm生成类的字节码
13  * @author Administrator
14  *
15  */
16 public class GeneratorClass {
17 
18     public static void main(String[] args) throws IOException {
19         //生成一个类只需要ClassWriter组件即可
20         ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
21         //通过visit方法确定类的头部信息
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         //定义类的属性
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         //定义类的方法
32         cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_ABSTRACT, "compareTo",
33                 "(Ljava/lang/Object;)I", null, null).visitEnd();
34         cw.visitEnd(); //使cw类已经完成
35         //将cw转换成字节数组写到文件里面去
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：

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

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

将C.java类的内容改为如下：

 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 }

　　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

 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     @Override
17     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     @Override
24     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             //为方法添加计时功能
29             mv = new AddTimeMethodAdapter(mv);
30         }
31         return mv;
32     }
33     @Override
34     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         @Override
50         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         @Override
58         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         @Override
68         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             //使给定的访问者访问Java类的ClassReader
22             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 }

下面是一个测试类：

 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 }

 

http://www.cnblogs.com/liuling/archive/2013/05/25/asm.html