jacoco底层原理解析

阅读本文前，建议先了解以下相关知识：

JVM字节码

java动态代理

Java字节码插桩技术

Java字节码操作框架ASM：史上最通俗易懂的ASM教程

Jacoco使用插桩的方式来记录覆盖率数据，是通过一个probe探针来注入。

一、覆盖率分析机制

有几种不同的方法来收集覆盖率信息。对于每种方法，由不同的实现技术，黄色路径是jacoco推荐的方式，即通过字节码插桩实现代码覆盖率的统计：

在ByteCode字节码上插桩模式有两种：

1. on-the-fly模式

JVM通过 -javaagent参数指定jar文件启动代理程序，代理程序在ClassLoader装载一个class前判断是否修改class文件，并将探针插入class文件，探针不改变原有方法的行为，只是记录是否已经执行。

2. offline模式

在测试之前先对文件进行插桩，生成插过桩的class或jar包，测试插过桩的class和jar包，生成覆盖率信息到文件，最后统一处理，生成报告。

二、jacoco插桩策略

参考文章：Java方法的控制流分析

1、Java字节码的控制流程图

要实现对代码的覆盖率统计，首先要了解方法的内部控制流。以下面这段java代码为例

public static void example() {a();if (cond()) {b();} else {c();}d();
}

编译之后的字节码如下（.class文件中保存的就是字节码）：

public static example()VINVOKESTATIC a()VINVOKESTATIC cond()ZIFEQ L1INVOKESTATIC b()VGOTO L2L1: INVOKESTATIC c()VL2: INVOKESTATIC d()VRETURN

控制流通过有条件或无条件操作码之类的跳转指令来实现。跳转目标在技术上是相对于目标指令的相对偏移。为了提高可读性，我们改用符号标签（ASM API也使用此类符号标签，IFEQ L1 GOTO L2）：

上面字节码的控制流程可以用流程图表示。节点是字节码指令，边表示指令之间的控制流。该示例的控制流显示在该图的左框中：

2、探针插入策略

探针就是可以插入现有指令之间的一段其他指令，它们不会改变方法的行为，但是会记录它们已被执行的事实。

jacoco插桩并不是每行，探针实现本身需要多个字节码指令，因此这将使类文件的大小增加数倍，并显着降低所检测类的执行速度。实际上，根据方法的控制流程，每个方法仅需要几个探针，具体策略如下：

在每个方法出口处（返回或抛出）插入探针
具有多条指向边的目标指令的多条指向边上

二、jacoco原理

Jacoco on-the-fly 模式通过jacoco agent在类加载时对原始类进行插桩，得到插桩后的类。正常class文件加载流程如下：

被jacoco代理的class文件加载流程