android无埋点统计

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Android ASM自动埋点方案实践

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2018.01.11 21:28* 字数 2352 阅读 6241评论 13喜欢 44

这段时间想到一个有趣的功能，就是在Android的代码编译期间进行一些骚操作，来达到一些日常情境下难以实现的功能，比如监听应用中的所有onClick点击时间，或者监听某些方法的运行耗时，如果在代码中一个方法一个方法修改会很蛋疼，所以想通过Gradle插件来实现在应用的编译期间进行代码插入的功能。

1、AOP的概念

其实这已经涉及到AOP(Aspect Oriented Programming)，即面向切面编程，在编译期间对代码进行动态管理，以达到统一维护的目的。

AOP切面

举个栗子，Android开发我们都知道，在项目越来越大的时候，应用可能被分解为多个模块，如果你要往所有模块的方法里头加一句‘我是大傻叼’的Toast，那是不是得跪。所以最好的方式是想办法在编译的时候拿到所有方法，往方法里头怼一个Toast，这样还不会影响到运行期间性能。

2、Transform

Android打包流程

如图所示是Android打包流程，.java文件->.class文件->.dex文件，只要在红圈处拦截住，拿到所有方法进行修改完再放生就可以了，而做到这一步也不难，Google官方在Android Gradle的1.5.0 版本以后提供了 Transfrom API, 允许第三方 Plugin 在打包 dex 文件之前的编译过程中操作 .class 文件，我们做的就是实现Transform进行.class文件遍历拿到所有方法，修改完成对原文件进行替换。

/**
 * 自动埋点追踪，遍历所有文件更换字节码
 */
public class AutoTransform extends Transform {

    @Override
    String getName() {
        return "AutoTrack"
    }
    @Override
    Set<QualifiedContent.ContentType> getInputTypes() {
        return TransformManager.CONTENT_CLASS
    }
    @Override
    Set<QualifiedContent.Scope> getScopes() {
        return TransformManager.SCOPE_FULL_PROJECT
    }

    @Override
    boolean isIncremental() {
        return false
    }
    @Override
    public void transform(
            @NonNull Context context,
            @NonNull Collection<TransformInput> inputs,
            @NonNull Collection<TransformInput> referencedInputs,
            @Nullable TransformOutputProvider outputProvider,
            boolean isIncremental) throws IOException, TransformException,   InterruptedException {
           //此处会遍历所有文件
           /**遍历输入文件*/
          inputs.each { TransformInput input ->
             /**
             * 遍历jar
             */
             input.jarInputs.each { JarInput jarInput ->
                 ...
             }
             /**
             * 遍历目录
             */
             input.directoryInputs.each { DirectoryInput directoryInput ->
                ...
             }

      }

}

3、Gradle插件实现

通过Transform提供的api可以遍历所有文件，但是要实现Transform的遍历操作，得通过Gradle插件来实现，关于Gradle插件的知识可以看相关博客，也可以直接看博主的项目Luffy。编写Gradle插件可能需要一点Goovy知识，具体编写直接用java语言写也可以，Goovy是完全兼容java的，只截取插件入口部分实现PluginEntry.groovy

class PluginEntry implements Plugin<Project> {

    @Override
    void apply(Project project) {
        ...
        //使用Transform实行遍历
        def android = project.extensions.getByType(AppExtension)
        registerTransform(android)
        ...
    }

def static registerTransform(BaseExtension android) {
    AutoTransform transform = new AutoTransform()
    android.registerTransform(transform)
}

4、字节码编写

完成上面的操作以后就剩下一件事了，那就是拿到.class文件了，大家都知道.class文件是字节码格式的，操作起来难度是相当于大的，所以需要一个字节码操作库来减轻难度，那就是ASM了。

4.1、ASM简介

ASM 可以直接产生二进制的class 文件，也可以在增强既有类的功能。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）。

4.2、具体使用ASM

ASM框架中的核心类有以下几个：

• ClassReader：该类用来解析编译过的class字节码文件。
• 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。
• ClassVisitor：主要负责 “拜访” 类成员信息。其中包括标记在类上的注解，类的构造方法，类的字段，类的方法，静态代码块。
• AdviceAdapter：实现了MethodVisitor接口，主要负责 “拜访” 方法的信息，用来进行具体的方法字节码操作。

ClassVisitor的全部方法如下，按一定的次序来遍历类中的成员。

ClassVisitor全部api

在ClassVisitor中根据你的条件进行判断，满足条件的类才会修改其中方法，比如要统计点击事件的话，需要实现View$OnClickListener接口的类才会遍历其中的方法进行操作。

class AutoClassVisitor extends ClassVisitor {

    AutoClassVisitor(final ClassVisitor cv) {
        super(Opcodes.ASM4, cv)
    }

    @Override
    void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces) {

        //进行需要满足类的条件过滤
        ...
        super.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces)
    }

    @Override
    void visitInnerClass(String name, String outerName, String innerName, int access) {
        // 内部类信息
        ...
        super.visitInnerClass(name, outerName, innerName, access)
    }

    @Override
    MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc, String signature, String[] exceptions) {
        // 拿到需要修改的方法，执行修改操作
        MethodVisitor methodVisitor = cv.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions)
        MethodVisitor adapter = null
        ...
        adapter = new AutoMethodVisitor(methodVisitor, access, name, desc)
        ...
        return methodVisitor
    }

    @Override
    void visitEnd() {
        //类中成员信息遍历介绍
        ...
        super.visitEnd()
    }
}

在MethodVisitor中根据对已经拿到的方法进行修改了。

MethodVisitor adapter = new AutoMethodVisitor(methodVisitor, access, name, desc) {
        boolean isAnnotation = false
        @Override
        protected void onMethodEnter() {
            super.onMethodEnter()
            //进入方法时可以插入字节码
           ...
        }

        @Override
        protected void onMethodExit(int opcode) {
            super.onMethodExit(opcode)
            //退出方法前可以插入字节码
           ...
        }

        /**
         * 需要通过注解的方式加字节码才会重写这个方法来进行条件过滤
         */
        @Override
        AnnotationVisitor visitAnnotation(String des, boolean visible) {
            ...
            return super.visitAnnotation(des, visible)
        }
    }

5、实战演练

以上就是总体的思路了，现在就通过Luffy根据具体需求实战一下，比如说在onClick方法点击的耗时(自动埋点也是一样的道理，只不过换了插桩的方法)。

5.1、插件配置

先打包一下插件到本地仓库进行引用，在项目的根build.gradle加入插件的依赖

dependencies {
    classpath 'com.xixi.plugin:plugin:1.0.1-SNAPSHOT'
}

在app的build.gradle中

apply plugin: 'apk.move.plugin'

xiaoqingwa{
    name = "小傻逼"
    isDebug = true
    //具体配置
    matchData = [
            //是否使用注解来找对应方法
            'isAnotation': false,
            //方法的匹配，可以通过类名或者实现的接口名匹配
            'ClassFilter': [
                    ['ClassName': null, 'InterfaceName':null,
                     'MethodName':null, 'MethodDes':null]
            ],
            //插入的字节码，方法的执行顺序visitAnnotation->onMethodEnter->onMethodExit
            'MethodVisitor':{
                MethodVisitor methodVisitor, int access, String name, String desc ->
                    MethodVisitor adapter = new AutoMethodVisitor(methodVisitor, access, name, desc) {
                        boolean isAnnotation = false
                        @Override
                        protected void onMethodEnter() {
                            super.onMethodEnter()
                            //使用注解找对应方法的时候得加这个判断
                        }

                        @Override
                        protected void onMethodExit(int opcode) {
                            super.onMethodExit(opcode)
                            //使用注解找对应方法的时候得加这个判断
                        }

                        /**
                         * 需要通过注解的方式加字节码才会重写这个方法来进行条件过滤
                         */
                        @Override
                        AnnotationVisitor visitAnnotation(String des, boolean visible) {
                            return super.visitAnnotation(des, visible)
                        }
                    }
                    return adapter
            }
    ]
}

要是使用演示的话，因为还没上传到jcenter库，所以只能本地仓库打包插件，记得要先把依赖都注释掉，插件打包完成后再启用，不然会编译不过去的。
xiaoqingwa{}里头的配置信息先不用管，等会会讲到，主要是为了能够不修改插件进行动态更换插桩的方法。

5.2、应用测试

插件配置好了之后就可以测试一下效果了，先写一个耗时统计的工具类
TimeCache.java

/**
 * Author:xishuang
 * Date:2018.01.10
 * Des:计时类，编译器加入指定方法中
 */
public class TimeCache {
    public static Map<String, Long> sStartTime = new HashMap<>();
    public static Map<String, Long> sEndTime = new HashMap<>();

    public static void setStartTime(String methodName, long time) {
        sStartTime.put(methodName, time);
    }

    public static void setEndTime(String methodName, long time) {
        sEndTime.put(methodName, time);
    }

    public static String getCostTime(String methodName) {
        long start = sStartTime.get(methodName);
        long end = sEndTime.get(methodName);
        long dex = end - start;
        return "method: " + methodName + " cost " + dex + " ns";
    }
}

大概思路就是使用HashMap来临时保存对应方法的时间，退出方法时获取时间差。
在一个方法的前后插入时间统计的方法，这个具体的过程要怎么操作呢，因为class文件是字节码格式的，ASM也是进行字节码操作，所以必须先把插入的代码转换成字节码先。这里推荐一个字节码查看工具Java Bytecode Editor，导入.class文件就可以看到对应字节码了。
比如我们要插入的代码如下：

private void countTime() {
    TimeCache.setStartTime("newFunc", System.currentTimeMillis());
    
    TimeCache.setEndTime("newFunc", System.currentTimeMillis());
    Log.d("耗时", TimeCache.getCostTime("newFunc"));
}

先把.java文件编译成.class文件，用Java Bytecode Editor打开

插入代码的字节码

然后根据其用ASM提供的Api一一对应的把代码填进来加到onMethodEnter和onMethodExit中。

//方法前加入
methodVisitor.visitMethodInsn
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setStartTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)

//方法后加入
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setEndTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
methodVisitor.visitLdcInsn("耗时")
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "getCostTime", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "android/util/Log", "d", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I", false)

在app的build.gradle中配置得到的字节码，最后设置一下过滤条件，最终的代码如下：
build.gradle

xiaoqingwa{
    name = "小傻逼"
    isDebug = true
    //具体配置
    matchData = [
            //是否使用注解来找对应方法
            'isAnotation': false,
            //方法的匹配，可以通过类名或者实现的接口名匹配
            'ClassFilter': [
                    ['ClassName': 'com.xishuang.plugintest.MainActivity', 'InterfaceName': 'android/view/View$OnClickListener',
                     'MethodName':'onClick', 'MethodDes':'(Landroid/view/View;)V']
            ],
            //插入的字节码，方法的执行顺序visitAnnotation->onMethodEnter->onMethodExit
            'MethodVisitor':{
                MethodVisitor methodVisitor, int access, String name, String desc ->
                    MethodVisitor adapter = new AutoMethodVisitor(methodVisitor, access, name, desc) {
                        boolean isAnnotation = false
                        @Override
                        protected void onMethodEnter() {
                            super.onMethodEnter()
                            //使用注解找对应方法的时候得加这个判断
//                            if (!isAnnotation){
//                                return
//                            }

                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/MainActivity", "notifyInsert", "()V", false)
                            methodVisitor.visitLdcInsn(name)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setStartTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
                        }

                        @Override
                        protected void onMethodExit(int opcode) {
                            super.onMethodExit(opcode)
                            //使用注解找对应方法的时候得加这个判断
//                            if (!isAnnotation){
//                                return
//                            }

                            methodVisitor.visitLdcInsn(name)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setEndTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
                            methodVisitor.visitLdcInsn("耗时")
                            methodVisitor.visitLdcInsn(name)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "getCostTime", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", false)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "android/util/Log", "d", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I", false)
                        }

                        /**
                         * 需要通过注解的方式加字节码才会重写这个方法来进行条件过滤
                         */
                        @Override
                        AnnotationVisitor visitAnnotation(String des, boolean visible) {
//                            if (des.equals("Lcom/xishuang/annotation/AutoCount;")) {
//                                println "注解匹配：" + des
//                                isAnnotation = true
//                            }
                            return super.visitAnnotation(des, visible)
                        }
                    }
                    return adapter
            }
    ]
}

'isAnotation'表示是否使用注解的方式找到对应方法，这里false，因为我们现在是通过具体类信息来判断的。
'ClassFilter'表示过滤条件，其中'ClassName'和'InterfaceName'用于判断哪些类中的方法可以遍历其中的方法进行匹配修改，不满足的话就不会进行方法名匹配了，这些感兴趣的童鞋都可以改插件自定义扩展。
'MethodName'和'MethodDes'是方法名和方法描述符，可以唯一确定一个方法名，满足类过滤条件的就会进行方法匹配，例如我们要统计的点击事件onClick(View v)。
意思就是继承自android/view/View$OnClickListener的类或者类名是'com.xishuang.plugintest.MainActivity'就可以进行方法的遍历，然后方法满足onClick(View v)就会进行代码插入操作。

设置完之后rebuild一下就可以了，可以通过日志看下具体信息，isDebug = true可以开启日志打印。

日志

通过日志可以看到我们设置的字节码确实插桩成功，现在再看一下编译后的文件验证一下，具体位置是：app\build\intermediates\transforms\AutoTrack\debug\folders

编译后的.class文件

其中的notifyInsert()是我用来弹Toast额外调试用的，请忽略。在手机上点击一下按钮测试一下，发现确实记录下点击的耗时时间，完成。

5.3、注解匹配

除了以上的方式来查找修改的方法之外，还可以通过注解来查找，切换很简单，只需要改一下app的build.gradle文件就可以了，项目中也有栗子，添加了一个注解类。

/**
 * Author:xishuang
 * Date:2018.1.9
 * Des：时间统计注解
 */
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface AutoCount {
}

然后在对应的方法上添加你自定义的注解

@AutoCount
    private void onClick() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    @AutoCount
    @Override
    public void onClick(View v) {
        if (v.getId() == R.id.button) {
            Toast.makeText(this, "我是按钮", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    }

修改一下build.gradle中的配置文件

xiaoqingwa{
    name = "小傻逼"
    isDebug = true
    //具体配置
    matchData = [
            //是否使用注解来找对应方法
            'isAnotation': true,
            //方法的匹配，可以通过类名或者实现的接口名匹配
            'ClassFilter': [
                    ['ClassName': 'com.xishuang.plugintest.MainActivity', 'InterfaceName': 'android/view/View$OnClickListener',
                     'MethodName':'onClick', 'MethodDes':'(Landroid/view/View;)V']
            ],
            //插入的字节码，方法的执行顺序visitAnnotation->onMethodEnter->onMethodExit
            'MethodVisitor':{
                MethodVisitor methodVisitor, int access, String name, String desc ->
                    MethodVisitor adapter = new AutoMethodVisitor(methodVisitor, access, name, desc) {
                        boolean isAnnotation = false
                        @Override
                        protected void onMethodEnter() {
                            super.onMethodEnter()
                            //使用注解找对应方法的时候得加这个判断
                            if (!isAnnotation){
                                return
                            }

                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/MainActivity", "notifyInsert", "()V", false)
                            methodVisitor.visitLdcInsn(name)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setStartTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
                        }

                        @Override
                        protected void onMethodExit(int opcode) {
                            super.onMethodExit(opcode)
                            //使用注解找对应方法的时候得加这个判断
                            if (!isAnnotation){
                                return
                            }

                            methodVisitor.visitLdcInsn(name)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setEndTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
                            methodVisitor.visitLdcInsn("耗时")
                            methodVisitor.visitLdcInsn(name)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "getCostTime", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", false)
                            methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "android/util/Log", "d", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I", false)
                        }

                        /**
                         * 需要通过注解的方式加字节码才会重写这个方法来进行条件过滤
                         */
                        @Override
                        AnnotationVisitor visitAnnotation(String des, boolean visible) {
                            if (des.equals("Lcom/xishuang/annotation/AutoCount;")) {
                                println "注解匹配：" + des
                                isAnnotation = true
                            }
                            return super.visitAnnotation(des, visible)
                        }
                    }
                    return adapter
            }
    ]
}

关键代码在于把'isAnotation'设为true，然后在visitAnnotation方法中添加你的注解类匹配，也就是这句des.equals("Lcom/xishuang/annotation/AutoCount;")代码，注解类的描述符，运行效果和上面差不多，但是不会打印日志，因为通过注解来查找方法会遍历每个方法，打印信息太多电脑会爆炸。

6、插件扩展自动埋点功能

针对以下的方法进行埋点监听，并实现了View的唯一区别链

• 1、View的onClick(View v)方法
• 2、Fragment的onResume()方法
• 3、Fragment的onPause()方法
• 4、Fragment的setUserVisibleHint(boolean b)方法
• 5、Fragment的onHiddenChanged(boolean b)方法
• 6、在app的module中手动设置的监听条件：指定方法或注解方法

插件的增加自动埋点处理类主要是ChoiceUtil

App中对监听的方法处理的类是AutoHelper.java

/**
 * Author:xishuang
 * Date:2018.03.01
 * Des:自动埋点帮助类
 */
public class AutoHelper {
    private static final String TAG = AutoHelper.class.getSimpleName();
    private static Context context = AutoApplication.getInstance().getApplicationContext();


    /**
     * 实现onClick点击时间的自动注入处理
     */
    public static void onClick(View view) {
        String path = AutoUtil.getPath(context, view);
        String activityName = AutoUtil.getActivityName(view);
        path = activityName + ":onClick:" + path;
        Log.d(TAG, path);
    }

    /**
     * 实现onClick点击时间的自动注入处理
     */
    public static void onClick() {
        Log.d(TAG, "onClick()");
    }

    public static void onFragmentResume(Fragment fragment) {
        Log.d(TAG, "onFragmentResume" + fragment.getClass().getSimpleName());
    }

    public static void onFragmentPause(Fragment fragment) {
        Log.d(TAG, "onFragmentPause"  + fragment.getClass().getSimpleName());
    }

    public static void setFragmentUserVisibleHint(Fragment fragment, boolean isVisibleToUser) {
        Log.d(TAG, "setFragmentUserVisibleHint->" + isVisibleToUser + "->" + fragment.getClass().getSimpleName());
    }

    public static void onFragmentHiddenChanged(Fragment fragment, boolean hidden) {
        Log.d(TAG, "onFragmentHiddenChanged->" + hidden + "->" + fragment.getClass().getSimpleName());
    }

View监听以及Fragment捕获

具体的信息可以看下源码，已共享到github上，在这里讲了下大概的思路和代码框架，博主已经初步扩展完成自动埋点的基础功能，更有趣的玩法大家可以自己修改一下插件来实现。
github地址：Luffy。