tddebug怎么读取asm文件_如何利用 ASM 实现既有方法的增强？

写在前面

在面向对象编程领域，方法增强有好几种做法：

继承：符合开闭原则，简单地通过继承类的扩展，实现方法增强，但需通过调用子类方法才能增强；

装饰：同样符合开闭原则，继承的优化方案，相比于继承更加灵活。装饰者（Decorator）本身就是某一块功能增强的组件，可以通过一层一层的装饰实现渐进式功能增强，既能无限增强也能直接一层到位，这些都是灵活的，开发者可以根据现有的装饰者组合成自己想要最终对象。典型实现就是 http://java.io 中的 stream；

代理：代理分静态代理和动态代理。静态代理比较麻烦了，需要开发者显式创建代理类，把真实类实例赋给代理类，此时代理类持有了对真实类实例的引用，做到对真实类的增强，而一旦真实类方法签名发生变化，静态代理类一样需要跟着变化，这便是静态代理的痛点。

而我们今天的重点就是在动态代理（Dynamic Proxy）。

动态代理

动态代理好处不用说，无代码侵入且更加灵活，其实现方式很多，JDK 的默认实现便是通过实现java.lang.reflect.InvocationHandler#invoke接口方法，进而实现对具体类的方法增强。而功能强大的 CGlib 便是通过 ASM 工具修改字节码的方式实现的。

本文便基于 ASM 操作，完成一次入门级的演示。

“偷梁换柱”

图中我们可以看到，正常的类加载过程中，byte code 被加载进内存，走完类验证以及初始化流程以后，理论上就可以直接执行了。

然而这次，我们需要在 JVM 进程完全启动之前，监听类加载事件，替换字节码。此所谓 “偷梁换柱”。

具体怎么做？

借助 java.lang.instrument.ClassFileTransformer。

javaagent 的 premain 方法是在 main方法执行前执行的，那么我们只需要在 premain 方法里通过 instrumentation 指定transformer 实现对类加载事件的监听，代码奉上：

io.libriraries.asm.agent.Agent

public class Agent {public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {inst.addTransformer((loader, className, classBeingRedefined, protectionDomain, classfileBuffer) -> {// 只对 io/libriraries/asm/agent/Person 类做方法增强if ("io/libriraries/asm/agent/Person".equals(className)) {System.out.println("io/libriraries/asm/agent/Person transforming...");ClassReader reader = new ClassReader(classfileBuffer);// 要指定 COMPUTE_MAXS 新生成字节码需要自动计算操作数栈的最大值，否则会报错ClassWriter writer = new ClassWriter(reader, COMPUTE_MAXS);ClassVisitor cv = new EnhancerAdapter(writer);reader.accept(cv, 0);System.out.println("io/libriraries/asm/agent/Person transformed");// debug 输出文件到磁盘，方便核查try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("F:Person.class")) {fos.write(writer.toByteArray());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return writer.toByteArray();}return classfileBuffer;});}
}

lambda 表达式部分，实际上就是 ClassFileTransformer 的匿名类，实现其 transform 方法便可以做到对类加载事件的监听。在这里我们做了过滤，只对 io/libriraries/asm/agent/Person 这个类做方法增强。

transform 方法的返回值便是 ASM 修改以后的类的二进制流，这部分的二进制流会替代之前原始的二进制流，进入到类加载的流程中，验证并初始化。

io.libriraries.asm.agent.EnhancerAdapter

/*** 增强适配器*/
class EnhancerAdapter extends ClassVisitor {private final TraceClassVisitor tracer;public EnhancerAdapter(ClassVisitor cv) {super(ASM6, cv);PrintWriter pw = new PrintWriter(System.out);tracer = new TraceClassVisitor(cv, pw);}@Overridepublic MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc, String signature, String[] exceptions) {final MethodVisitor mv = tracer.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);if (isIgnore(mv, access, name)) {return mv;}return new EnhancerMethodAdapter(mv, access, name, desc);}@Overridepublic void visitEnd() {System.out.println(tracer.p.getText());super.visitEnd();}/*** 忽略构造方法、类加载初始化方法，final方法和 abstract 方法** @param mv * @param access* @param methodName* @return*/private boolean isIgnore(MethodVisitor mv, int access, String methodName) {return null == mv|| isAbstract(access)|| isFinalMethod(access)|| "<clinit>".equals(methodName)|| "<init>".equals(methodName);}private boolean isAbstract(int access) {return (ACC_ABSTRACT & access) == ACC_ABSTRACT;}private boolean isFinalMethod(int methodAccess) {return (ACC_FINAL & methodAccess) == ACC_FINAL;}
}

io.libriraries.asm.agent.EnhancerMethodAdapter

/*** 方法级适配器*/
class EnhancerMethodAdapter extends AdviceAdapter {private final String name;protected EnhancerMethodAdapter(MethodVisitor mv, int access, String name, String desc) {super(ASM6, mv, access, name, desc);this.name = name;}/*** 方法前置*/@Overrideprotected void onMethodEnter() {// 前置逻辑 => System.out.println("method : " + name + " invoke start...");mv.visitFieldInsn(GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");mv.visitLdcInsn("method : " + name + " invoke start...");mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);}/*** 方法后置** @param opcode*/@Overrideprotected void onMethodExit(int opcode) {// 后置逻辑 => System.out.println("method : " + name + " invoke end...");mv.visitFieldInsn(GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");mv.visitLdcInsn("method : " + name + " invoke end...");mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);super.onMethodExit(opcode);}
}

ASM 语法很有趣，是基于Visit Design Pattern的。所以你能看到ClassVisitor，MethodVisitor，FieldVisitor甚至AnnotationVisitor这些接口的存在。作为开发者，你只需要根据需求实现它们的方法即可。

实现它们有什么用呢？

答：实现基于事件的回调。

在通过 ClassReader 读取类二进制流的过程中，ClassReader会根据一定的顺序读取类结构元素，当读取（visit）到某个元素的时候，会触发你实现的回调逻辑（也就是上述好几个visitor的实现方法，由你自己实现），典型例子参考上面的 EnhancerAdapter 。所以通常说 ASM 也是事件驱动的 Event-Based API。

ClassReader 的 visit 顺序是这样的：

visit [ visitSource ] [ visitOuterClass ] ( visitAnnotation | visitAttribute )* (visitInnerClass | visitField | visitMethod)* visitEnd

当然 ClassReader 不能修改、删除或新增类元素。这里我们要借助 ClassWriter 实现。visit 这个词也很有意思，在 ASM 的设计上是模棱两可的，对于 ClassReader 来说，可以理解为访问、读取；对于 ClassWriter来说，就得理解成写入了。当然这里的写入并非写入到class文件，也不是写入到类加载读取的 Class 二进制流里，这里仅仅是写入到 ClassWriter 维护的内存副本。这个副本到最后可以通过 toByteArray() 方法拿到修改后的类字节码二进制流。

无论 ClassWriter 还是 ClassReader ，他们都是 ClassVisitor的实现类。因此不难理解 visit 本身的多义性。

TraceClassVisitor 在这里是可有可无，不影响逻辑，只是为了方便观察修改后的字节码是怎样的。可以理解 tracer 是 ClassWriter 的代理。

onMethodEnter 和 onMethodExit 分别对应方法的进入和退出，这就和我们之前的动态代理对应上了。ASM 方法增强本质就是在这两个回调方法里注入逻辑（当然是以字节码的形式注入啦！）

嗯，这里就涉及到 JVM 字节码指令问题，回头我会在一篇文章里整理字节码的速查表（Cheat Sheet），以备随时翻查。除此之外还有异常处理的逻辑，不在此篇阐述。

再回头看上面代码，是不是容易理解很多呢？

上面的代码已经完成了必要的逻辑，而我们在使用 premain 时千万不要忘记在 MANIFEST中填写这个所属类的全限定名。

具体我借助了 Maven 插件，指定 io.libriraries.asm.agent.Agent 为Premain Class。

<plugin><groupId>org.apache.maven.plugins</groupId><artifactId>maven-jar-plugin</artifactId><version>2.3.1</version><configuration><archive><manifest><addClasspath>true</addClasspath></manifest><manifestEntries><Premain-Class>io.libriraries.asm.agent.Agent</Premain-Class></manifestEntries></archive></configuration>
</plugin>

以上，我们的 Agent 端就大功告成了！我们将其打成 jar 包。

这时候我们需要写个简单的调用来验证下这里的方法增强是否成功。

public class Main {public static void main(String[] args) {// p => ASM EnhancerPerson p = new Person();p.doSth();}
}

执行这个 main 方法的时候要带上一个 JVM 参数

-javaagent:target/asm-enhance-agent-1.0-SNAPSHOT.jar

asm-enhance-agent-1.0-SNAPSHOT.jar 就是刚才打出来的 jar 包。

执行结果

io/libriraries/asm/agent/Person transforming...
io/libriraries/asm/agent/Person transformed
method : doSth invoke start...
this guy is doing sth
method : doSth invoke end...

done.

小结

ASM 是个很庞大的工具，除了本篇涉及到的仍然有许多 API 需要探索，这里仅仅是九牛一毛。希望本篇有助于初学者打破 ASM 入门的壁垒。

本篇代码完整奉上：

https://gist.github.com/leonlibraries/7c56db347939866f9513b961088e64d6

参考资料：

《ASM 使用指南》

http://web.cs.ucla.edu/~msb/cs239-tutorial/

https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-jse61/index.html