什么是字节码？
java程序通过javac编译之后生成文件.class就是字节码集合,正是有这样一种中间码(字节码)，使得scala/groovy/clojure等函数语言只用实现一个编译器即可运行在JVM上。
看看一段简单代码。
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public long getExclusiveTime() { long startTime = System.currentTimeMillis(); System.out.printf("exclusive code"); long endTime = System.currentTimeMillis(); return endTime - startTime; } public class com.blueware.agent.StartAgent {
编译后通过命令(javap -c com.blueware.agent.StartAgent)查看,具体含义请参考oracle
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public com.blueware.agent.StartAgent(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public long getExclusiveTime(); Code: 0: invokestatic #2 // Method java/lang/System.currentTimeMillis:()J 3: lstore_1 4: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 7: ldc #4 // String exclusive code 9: iconst_0 10: anewarray #5 // class java/lang/Object 13: invokevirtual #6 // Method java/io/PrintStream.printf:(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Object;)Ljava/io/PrintStream; 16: pop 17: invokestatic #2 // Method java/lang/System.currentTimeMillis:()J 20: lstore_3 21: lload_3 22: lload_1 23: lsub 24: lreturn }
为什么要学习字节码？
- 能了解技术背后的原理，更容易写出高质量代码；
- 字节码设计非常优秀，发展十几年只仅仅删除和增加几个指令，学懂之后长期受益高，如果懂字节码再学习
scala/groovy/clojure会容易很多； - 开发框架、监控系统、中间件、语言字节码技术都是必杀技；
字节码框架(ASM/Javassist)
操作字节码框架有很多，具体可以参考博文，下面对比ASM/Javassist
ASM |
速度快、代码量小、功能强大 | 要写字节码、学习曲线高 |
Javassist |
学习简单，不用写字节码 | 比ASM慢，功能少 |
Java Instrumentation介绍
指的是可以用独立于应用程序之外的代理(agent)程序,agent程序通过增强字节码动态修改或者新增类，利用这样特性可以设计出更通用的监控、框架、中间件程序，在JVM启动参数加–javaagent:agent_jar_path/agent.jar即可运行(在JDK5及其后续版本才可以)，更多关于Instrumentation知识请参考博文
计算方法执行时间方式
- 直接在代码开始和结束出打印当前时间，相减即可得到;
- 实现一个动态代理，或者借助
Spring/AspectJ等框架; - 上面两种实现方式都需要修改代码或者配置文件，下面我要介绍方式不仅不需要修改代码，而且效率高;
具体实现方式
1.StartAgent类必须提供premain方法，代码如下:
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public class StartAgent { //代理程序入口函数 public static void premain(String args, Instrumentation inst) { System.out.println("agent begin"); //添加字节码转换器 inst.addTransformer(new PrintTimeTransformer()); System.out.println("agent end"); } }
2.PrintTimeTransformer实现一个转换器，代码如下:
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//字节码转化器类 public class PrintTimeTransformer implements ClassFileTransformer { //实现字节码转化接口，一个小技巧建议实现接口方法时写@Override，方便重构 //loader:定义要转换的类加载器，如果是引导加载器，则为 null(在这个小demo暂时还用不到) //className:完全限定类内部形式的类名称和中定义的接口名称，例如"java.lang.instrument.ClassFileTransformer" //classBeingRedefined:如果是被重定义或重转换触发，则为重定义或重转换的类；如果是类加载，则为 null //protectionDomain:要定义或重定义的类的保护域 //classfileBuffer:类文件格式的输入字节缓冲区（不得修改） //一个格式良好的类文件缓冲区（转换的结果），如果未执行转换,则返回 null。 @Override public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException { //简化测试demo，直接写待修改的类(com/blueware/agent/TestTime) if (className != null && className.equals("com/blueware/agent/TestTime")) { //读取类的字节码流 ClassReader reader = new ClassReader(classfileBuffer); //创建操作字节流值对象，ClassWriter.COMPUTE_MAXS:表示自动计算栈大小 ClassWriter writer = new ClassWriter(reader, ClassWriter.COMPUTE_MAXS); //接受一个ClassVisitor子类进行字节码修改 reader.accept(new TimeClassVisitor(writer, className), 8); //返回修改后的字节码流 return writer.toByteArray(); } return null; } }
3.TimeClassVisitor类访问器，实现字节码修改，代码如下:
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//定义扫描待修改class的visitor，visitor就是访问者模式 public class TimeClassVisitor extends ClassVisitor { private String className; public TimeClassVisitor(ClassVisitor cv, String className) { super(Opcodes.ASM5, cv); this.className = className; } //扫描到每个方法都会进入，参数详情下一篇博文详细分析 @Override public MethodVisitor visitMethod(int access, final String name, final String desc, String signature, String[] exceptions) { MethodVisitor mv = cv.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions); final String key = className + name + desc; //过来待修改类的构造函数 if (!name.equals("<init>") && mv != null) { mv = new AdviceAdapter(Opcodes.ASM5, mv, access, name, desc) { //方法进入时获取开始时间 @Override public void onMethodEnter() { //相当于com.blueware.agent.TimeUtil.setStartTime("key"); this.visitLdcInsn(key); this.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, "com/blueware/agent/TimeUtil", "setStartTime", "(Ljava/lang/String;)V", false); } //方法退出时获取结束时间并计算执行时间 @Override public void onMethodExit(int opcode) { //相当于com.blueware.agent.TimeUtil.setEndTime("key"); this.visitLdcInsn(key); this.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, "com/blueware/agent/TimeUtil", "setEndTime", "(Ljava/lang/String;)V", false); //向栈中压入类名称 this.visitLdcInsn(className); //向栈中压入方法名 this.visitLdcInsn(name); //向栈中压入方法描述 this.visitLdcInsn(desc); //相当于com.blueware.agent.TimeUtil.getExclusiveTime("com/blueware/agent/TestTime","testTime"); this.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, "com/blueware/agent/TimeUtil", "getExclusiveTime", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)J", false); } }; } return mv; } }
4.TimeClassVisitor记录时间帮助类，代码如下:
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public class TimeUtil { private static Map<String, Long> startTimes = new HashMap<String, Long>(); private static Map<String, Long> endTimes = new HashMap<String, Long>(); private TimeUtil() { } public static long getStartTime(String key) { return startTimes.get(key); } public static void setStartTime(String key) { startTimes.put(key, System.currentTimeMillis()); } public static long getEndTime(String key) { return endTimes.get(key); } public static void setEndTime(String key) { endTimes.put(key, System.currentTimeMillis()); } public static long getExclusiveTime(String className, String methodName, String methodDesc) { String key = className + methodName + methodDesc; long exclusive = getEndTime(key) - getStartTime(key); System.out.println(className.replace("/", ".") + "." + methodName + " exclusive:" + exclusive); return exclusive; } }
题记
- 上面的代码难免有
bug，如果你发现代码写的有问题，请你帮忙指出，让我们一起进步，让代码变的更漂亮和健壮; - 顺便打点广告，如果看后对字节码技术感兴趣，欢迎加入我们oneapm，一起做点有意思事情，可直接联系我;
- 完整代码请访问github;
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下一篇结合
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本文转自 OneAPM 官方博客