Java字节码操纵框架ASM快速入门

时间：2021-03-12 17:05:46

ASM 是一个 Java 字节码操纵框架。它可以直接以二进制形式动态地生成 stub 类或其他代理类，或者在装载时动态地修改类。ASM 提供类似于 BCEL 和 SERP 之类的工具包的功能，但是被设计得更小巧、更快速，这使它适用于实时代码插装。


本篇内容使用ASM动态生成java类和方法

在阅读本文之前，需要对JVM有所了解，class文件格式，JVM指令等等


先加入ASM的依赖

<dependency>
<groupId>org.ow2.asm</groupId>
<artifactId>asm-all</artifactId>
<version>5.1</version>
</dependency>

示例一：

这里打算用ASM动态生成如下的类

package com.agent.my3;

public class Tester
{
public void run()
{
System.out.println("This is my first ASM test");
}
}
通过javap -s -c Tester 可以看到，class的文件格式(部分)如下：

Java字节码操纵框架ASM快速入门

这里可以看到一些jvm指令，也就是说，jvm执行方法的流程


代码如下：

package com.agent.my3;

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

public class ASMGettingStarted
{
/**
 * 动态创建一个类，有一个无参数的构造函数
 */
static ClassWriter createClassWriter(String className)
{
ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);
//声明一个类，使用JDK1.8版本，public的类，父类是java.lang.Object，没有实现任何接口
cw.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, className, null, "java/lang/Object", null);

//初始化一个无参的构造函数
MethodVisitor constructor = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "<init>", "()V", null, null);
//这里请看截图
constructor.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0);
//执行父类的init初始化
constructor.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, "java/lang/Object", "<init>", "()V", false);
//从当前方法返回void  
constructor.visitInsn(Opcodes.RETURN);
constructor.visitMaxs(1, 1);
constructor.visitEnd();
return cw;
}
/**
 * 创建一个run方法，里面只有一个输出
 * public void run()
 * {
 * System.out.println(message);
 * }
 * @return
 * @throws Exception
 */
static byte[] createVoidMethod(String className, String message) throws Exception
{
//注意，这里需要把classname里面的.改成/，如com.asm.Test改成com/asm/Test
ClassWriter cw = createClassWriter(className.replace('.', '/'));

//创建run方法
//()V表示函数，无参数，无返回值
MethodVisitor runMethod = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "run", "()V", null, null);
//先获取一个java.io.PrintStream对象
runMethod.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
//将int, float或String型常量值从常量池中推送至栈顶  (此处将message字符串从常量池中推送至栈顶[输出的内容])
runMethod.visitLdcInsn(message);
//执行println方法（执行的是参数为字符串，无返回值的println函数）
runMethod.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
runMethod.visitInsn(Opcodes.RETURN);
runMethod.visitMaxs(1, 1);
runMethod.visitEnd();

return cw.toByteArray();
}

public static void main(String[] args) throws Exception
{
String className = "com.agent.my3.Tester";
byte[] classData = createVoidMethod(className, "This is my first ASM test");
Class<?> clazz = new MyClassLoader().defineClassForName(className, classData);
clazz.getMethods()[0].invoke(clazz.newInstance());
}
}


示例二：

这里打算用ASM动态生成如下的类

package com.agent.my3;

public class Tester
{
public Integer getIntVal()
{
return 10;
}
}
通过javap -s -c Tester 可以看到，class的文件格式(部分)如下：

Java字节码操纵框架ASM快速入门

代码如下：

package com.agent.my3;

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
import org.objectweb.asm.Type;

public class ASMGettingStarted
{
/**
 * 动态创建一个类，有一个无参数的构造函数
 */
static ClassWriter createClassWriter(String className)
{
ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);
//声明一个类，使用JDK1.8版本，public的类，父类是java.lang.Object，没有实现任何接口
cw.visit(Opcodes.V1_8, Opcodes.ACC_PUBLIC, className, null, Type.getInternalName(Object.class), null);

//初始化一个无参的构造函数
MethodVisitor constructor = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "<init>", "()V", null, null);
//这里请看截图
constructor.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0);
//执行父类的init初始化
constructor.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, Type.getInternalName(Object.class), "<init>", "()V", false);
//从当前方法返回void  
constructor.visitInsn(Opcodes.RETURN);
constructor.visitMaxs(1, 1);
constructor.visitEnd();
return cw;
}

/**
 * 创建一个返回Integer=10的函数
 * public Integer getIntVal()
 * {
 * return 10;
 * }
 * @return
 * @throws Exception
 */
static byte[] createRetrurnMethod(String className, int returnValue) throws Exception
{
//注意，这里需要把classname里面的.改成/，如com.asm.Test改成com/asm/Test
ClassWriter cw = createClassWriter(className.replace('.', '/'));

//创建get方法
//()Ljava/lang/Integer;表示函数，无参数，返回值为：java.lang.Integer，注意最后面的分号，没有就会报错
MethodVisitor getMethod = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "getIntVal", "()Ljava/lang/Integer;", null, null);
//将单字节的常量值(-128~127)推送至栈顶(如果不是-128~127之间的数字，则不能用bipush指令)
getMethod.visitIntInsn(Opcodes.BIPUSH, returnValue);
//调用Integer的静态方法valueOf把10转换成Integer对象
String methodDesc = Type.getMethodDescriptor(Integer.class.getMethod("valueOf", int.class));
getMethod.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, Type.getInternalName(Integer.class), "valueOf", methodDesc, false);
//从当前方法返回对象引用 
getMethod.visitInsn(Opcodes.ARETURN);
getMethod.visitMaxs(1, 1);
getMethod.visitEnd();

return cw.toByteArray();
}

public static void main(String[] args) throws Exception
{
String className = "com.agent.my3.Tester";
/**
 * 因为上面方法用的是Opcodes.BIPUSH指令【将单字节的常量值(-128~127)推送至栈顶(如果不是-128~127之间的数字，则不能用bipush指令】
 * 所以，这里传入的int参数，只能是-127~128
 * 如果要传入其他的int值，则需要使用其他的jvm指令
 */
byte[] classData = createRetrurnMethod(className, 10);
Class<?> clazz = new MyClassLoader().defineClassForName(className, classData);
Object value = clazz.getMethods()[0].invoke(clazz.newInstance());
System.out.println(value);
}
}
注意：示例二里面大量使用了Type类的方法，示例一里面没有使用 


package com.agent.my3;

public class MyClassLoader extends ClassLoader 
{
    public MyClassLoader() {
        super(Thread.currentThread().getContextClassLoader());
    }

    public Class<?> defineClassForName(String name, byte[] data) {
        return this.defineClass(name, data, 0, data.length);
    }
}


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