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  • Java中ASM框架详解

    什么是asm呢?asm是assembly的缩写,是汇编的称号,对于java而言,asm就是字节码级别的编程。  
    而这里说到的asm是指objectweb asm,一种.class的代码生成器的开源项目.  
    ASM是一套java字节码生成架构,它可以动态生成二进制格式的stub类或其它代理类,  
    或者在类被java虚拟机装入内存之前,动态修改类。  
    现在挺多流行的框架都使用到了asm.所以从aop追溯来到了这。  
     
    1.什么是ObjectWeb ASM  
        ObjectWeb ASM是轻量级的Java字节码处理框架。它可以动态生成二进制格式的stub类或其他代理类,或者在类被JAVA虚拟机装入内存之前,动态修改类。   
        ASM 提供了与 BCEL和SERP相似的功能,只有22K的大小,比起350K的BCEL和150K的SERP来说,是相当小巧的,并且它有更高的执行效率,  
        是BCEL 的7倍,SERP的11倍以上。  
     
    在我看来,ObjectWeb ASM具有如下几个非常诱人的特点  
        * 小巧、高效  
        * 源代码实现非常简洁而又优雅,简直就是Gof的《设计模式》非常棒的注解  
        * 字节码级的控制,能够更高效地实现字节码的控制  
     
    ObjectWeb ASM有2组接口:  
        * 基于事件驱动的接口,类似于xml的SAX接口,visitor模式,在访问到类定义某个部分的时候进行回调,实现上比tree接口高效,占用内存更小  
        * 基于tree的接口,类似于xml的DOM接口,将类定义解析成tree  
     
    这里我们将使用ObjectWeb ASM的事件驱动接口  
     
    2. 目标  
        我们将对已有的字节码进行增强,收集进入方法和退出方法的信息,这里主要解决Method Monitor的字节码增强部分,  
        不对收集后的数据处理做更深入地研究,出于演示的目的,我们定义了如下的收集方法的访问信息处理,  
        在实际应用中,我们可能会使用更好的格式收集更多的数据、使用异步处理提高性能、使用批量处理提高处理能力、使用友好的UI显示信息等等,  
        此处不对这部分进行探讨  
     
       1. package blackstar.methodmonitor.instrutment.monitor;    
       2. public class MonitorUtil    
       3. {    
       4.     public final static String CLASS_NAME = MonitorUtil.class.getName()    
       5.             .replaceAll("\.", "/");    
       6.     public final static String ENTRY_METHOD = "entryMethod";    
       7.     public final static String EXIT_METHOD = "exitMethod";    
       8.     public final static String METHOD = "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V";    
       9.     
      10.     public static void entryMethod(String className, String methodName)    
      11.     {    
      12.         System.out.println("entry : " + className + "." + methodName);    
      13.     }    
      14.     
      15.     public static void exitMethod(String className, String methodName)    
      16.     {    
      17.         System.out.println("exit : " + className + "." + methodName);    
      18.     }    
      19. }    
     
    3. 从字节码开始  
    实际上,对于被监控制的代码,我们所需要实现的功能如下,红色部分的代码是我们需要在动态期插到字节码中间的  
     
    public xxx method(…)  
    {  
        try  
        {  
             methodEntry(…)  
     
             methodCode  
         }  
          finally  
         {  
              methodExit(…)  
         }  
    }   
     
    这个问题看起来简单,实际则没有那么容易,因为在JVM的字节码设计中,字节码并不直接支持finally语句,而是使用try…catch来模拟的,我们先来看一个例子  
     
    Java代码  
     
       1. package blackstar.methodmonitor.instrutment.test;    
       2.     
       3. public class Test    
       4. {    
       5.     public void sayHello() throws Exception    
       6.     {    
       7.         try    
       8.         {    
       9.             System.out.println("hi");    
      10.         } catch (Exception e)    
      11.         {    
      12.             System.out.println("exception");    
      13.             return;    
      14.         } finally    
      15.         {    
      16.             System.out.println("finally");    
      17.         }    
      18.     }    
      19. }    
     
    我们看看字节码是如何处理finally语句的  
          首先看看异常表,异常是在JVM级别上直接支持的,下面异常表的意思是,在执行0-8语句的时候,如果有异常java.lang.Exception抛出,则进入第11语句,  
        在执行0-20语句的时候,有任何异常抛出,都进入29语句。实际上JVM是这样实现finally语句的:  
     
        * 在任何return语句之前,都会增加finally语句中的字节码  
        * 定义一个捕获所有异常的语句,增加finally语句中的字节码,如果finally中没有return语句,则会将异常再次抛出去(处理方法以抛出异常的方式结束)  
     
    Exceptions:  
    [0-8): 11 - java.lang.Exception  
    [0-20): 29   
     
    我们再看看字节码具体是如何做的  
     
    0 getstatic java.lang.System.out  
    3 ldc "hi" (java.lang.String)  
    5 invokevirtual println  
    8 goto 40  
    // System.out.println("hi");,执行完之后执行返回(goto 40)  
    11 astore_1  
    12 getstatic java.lang.System.out  
    15 ldc "exception" (java.lang.String)  
    17 invokevirtual println  
    // System.out.println("exception");  
    20 getstatic java.lang.System.out  
    23 ldc "finally" (java.lang.String)  
    25 invokevirtual println  
    // return语句之前插入finally部分字节码  
    // System.out.println("finally");  
    28 return  
    29 astore_2  
    30 getstatic java.lang.System.out  
    33 ldc "finally" (java.lang.String)  
    35 invokevirtual println  
    38 aload_2  
    39 athrow  
    //当在执行0-29语句中,如果有异常抛出,则执行这段finally语句  
    //此处的astore_2(将栈顶值——即exception的地址——设给第2个local变量)和aload_2(将第2个local变量的值入栈)这两个字节码实际是不必要的,  
    //但需要注意的是,如果这2段代码去掉的话,要考虑增大操作栈(max stack)以容纳这个exception地址  
    //System.out.println("finally");  
    40 getstatic java.lang.System.out  
    43 ldc "finally" (java.lang.String)  
    45 invokevirtual println  
    // return语句之前插入finally部分字节码  
    // System.out.println("finally");  
    48 return   
     
    实际上,我们需要做的就是  
        * 在方法进入时插入方法进入代码(需要注意,对于构造函数不允许做这种处理,构造函数第一步必须调用父类的构造函数。  
        * 在每个return操作(包括return、ireturn、freturn等)之前,插入方法退出代码  
        * 定义一个捕获所有异常的处理,在处理中,插入方法退出代码(即方法以抛异常的方式终止执行)  
     
    4. 实现  
          我们看看使用ObjectWeb ASM如何实现我们上面描述的功能  
          1)ObjectWeb ASM的字节码修改  
     
       1. ClassReader cr = new ClassReader(byteArray); //使用字节码构监一个reader    
       2. ClassWriter cw = new ClassWriter(cr, 0);//writer将基于已有的字节码进行修改    
       3. MonitorClassVisitor ca = new MonitorClassVisitor(cw);//修改处理回调类    
       4. cr.accept(ca, 0);

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