ASM4 Java字节码操作详解

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"ASM4使用指南 - 强烈推荐的Java字节码操作技术文档" 这篇文档详细介绍了ASM4库的使用，这是一个专门针对Java语言的字节码操作框架。ASM提供了一种方式来动态地生成和转换Java类，允许开发者在运行时对类进行深入的操作，比如分析、优化、混淆或者实现面向方面的编程。 1. ASM4的动机 ASM4的主要应用场景包括程序分析、程序生成和程序转换。程序分析可用于寻找潜在的错误、检测未使用的代码、逆向工程等；程序生成常用于编译器和JIT编译器；程序转换则用于优化、混淆代码、插入调试或性能监控代码，以及面向方面的编程。由于Java编译后的类可以直接操作，ASM4可以在无需原始源代码的情况下对程序进行修改，适用于保护源代码的保密性或商业应用。此外，运行时的类转换能提高效率，因为不需要慢速的源代码编译过程。 2. ASM库的特点 ASM库设计的目标是高效且小巧。它专注于速度，以确保在运行时动态生成或转换类时不会显著降低应用程序的性能。同时，体积小使得ASM能在内存有限的环境中使用，并避免增加依赖ASM的应用程序或库的大小。 3. 使用ASM的场景 - **动态类生成**：ASM允许在运行时创建新的Java类，这在创建自定义字节码、实现元编程或动态代理时非常有用。 - **字节码操作**：通过ASM，开发者可以直接修改字节码，实现如性能优化、安全增强或代码混淆等目的。 - **面向方面的编程(AOP)**：ASM可以用来在程序运行时编织切面，实现AOP框架的核心功能。 - **调试和性能监控**：插入调试代码或性能监控探针，以帮助诊断问题或分析性能瓶颈。 4. ASM的使用方法 ASM提供了一系列的API，开发者可以通过这些API来读取、分析、创建和修改Java字节码。这涉及到类、字段和方法的访问器，以及字节码指令的生成。虽然ASM的底层操作复杂，但通过使用高级抽象，它可以被用来创建复杂和精细的字节码操作。 5. 学习和实践对于想要深入了解或使用ASM的开发者，可以阅读这份指南，它会逐步介绍如何使用ASM进行字节码操作。同时，如果有兴趣在实际项目中应用ASM，可以通过联系文档中提供的邮箱地址投递简历，获取更多实践机会。总结，ASM4是一个强大的Java字节码操作工具，对于需要底层字节码操作的开发者来说，它提供了直接、高效且灵活的解决方案。通过学习和掌握ASM，开发者能够更深入地理解和控制Java程序的行为，实现更复杂的技术需求。

《ASM4 使用指南》－ 第 2 章 类

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byte[] b2 = cw.toByteArray();

执行这一优化后，由于 ChangeVersionAdapter 没有转换任何方法，所以以上代码的

速度可以达到之前代码的两倍。对于转换部分或全部方法的常见转换，这一速度提升幅度可能要

小一些，但仍然是很可观的：实际上在 10%到 20%的量级。遗憾的是，这一优化需要将原类中

定义的所有常量都复制到转换后的类中。对于那些增加字段、方法或指令的转换来说，这一点不

成问题，但对于那些要移除或重命名许多类成员的转换来说，这一优化将导致类文件大于未优化

时的情况。因此，建议仅对“增加性”转换应用这一优化。

3. 使用转换后的类

如上节所述，转换后的类 b2 可以存储在磁盘上，或者用 ClassLoader 加载。但在

ClassLoader 中执行的类转换只能转换由这个类加载器加载的类。如果希望转换所有类，则必

须将转换放在 ClassFileTransformer 内部，见 java.lang.instrument 包中的定义（更

多细节，请参阅这个软件包的文档）：

public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {

inst. ad dT ransfor me r( new Cla ss Fi leTrans fo rm er () {

publi c by te[] tr an sf orm(Cla ss Lo ader l, S tr in g nam e, C la ss c,

Prote ct io nDomain d , byte[] b)

throw s Il legalCl as sF ormatEx ce pt ion {

Class Re ad er cr = n ew ClassR ea de r(b);

Class Wr it er cw = n ew ClassW ri te r(cr, 0 );

Class Vi si tor cv = ne w Chang eV er sionAda pt er (c w);

cr.ac ce pt (cv, 0) ;

retur n cw .toByte Ar ra y();

}

});

}

2.2.5 移除类成员

上一节用于转换类版本的方法当然也可用于 ClassVisitor 类的其他方法。例如，通过改

变 visitField 和 visitMethod 方法的 access 或 name 参数，可以改变一个字段或一个方

法的修饰字段或名字。另外，除了在转发的方法调用中使用经过修改的参数之外，还可以选择根

本不转发该调用。其效果就是相应的类元素被移除。

例如，下面的类适配器移除了有关外部类及内部类的信息，还删除了一个源文件的名字，也

就是由其编译这个类的源文件（所得到的类仍然具有全部功能，因为删除的这些元素仅用于调试

目的）。这一移除操作是通过在适当的访问方法中不转发任何内容而实现的：

public class RemoveDebugAdapter extends ClassVisitor {

publi c Re moveDeb ug Ad apter(C la ss Visitor c v) {

super (A SM 4, cv);

}

@Over ri de

publi c vo id visi tS ou rce(Str in g source, S tr in g deb ug ) {

}

@Over ri de

publi c vo id visi tO ut erClass (S tr ing own er , St ring na me , String de sc ) {

}

@Over ri de

《ASM4 使用指南》－ 第 2 章 类

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publi c vo id visi tI nn erClass (S tr ing nam e, S tr ing o ut er Na me,

Strin g in nerName , in t acces s) {

}

这一策略对于字段和方法是无效的，因为 visitField 和 visitMethod 方法必须返回一

个结果。要移除字段或方法，不得转发方法调用，并向调用者返回 null。例如，下面的类适配

器移除了一个方法，该方法由其名字及描述符指明（仅使用名字不足以标识一个方法，因为一个

类中可能包含若干个具有不同参数的同名方法）：

public class RemoveMethodAdapter extends ClassVisitor {

priva te S tring m Na me ;

priva te S tring m De sc ;

publi c Re moveMet ho dA dapter(

Class Vi si tor cv, S tr ing mNa me , String mD es c) {

super (A SM 4, cv);

this. mN am e = mNa me ;

this. mD es c = mDe sc ;

}

@Over ri de

publi c Me thodVis it or visitM et ho d(int a cc es s, Stri ng n am e,

Strin g de sc, Str in g signatu re , String[ ] ex ce ption s) {

if (name. equals(mNam e) && desc.equals(mDesc) ) {

// 不要委托至下一个访问器 -> 这样将移除该方法

return null;

}

retur n cv .visitM et ho d(acces s, n ame, de sc , si gnatu re , ex ception s) ;

}

2.2.6 增加类成员

上述讨论的是少转发一些收到的调用，我们还可以多“转发”一些调用，也就是发出的调用

数多于收到的调用，其效果就是增加了类成员。新的调用可以插在原方法调用之间的若干位置，

只要遵守各个 visitXxx 必须遵循的调用顺序即可（见 2.2.1 节）。

例如，如果要向一个类中添加一个字段，必须在原方法调用之间添加对 visitField 的一

个新调用，而且必须将这个新调用放在类适配器的一个访问方法中。比如，不能在 visit 方法

中这样做，因为这样可能会导致对 visitField 的调用之后跟有 visitSource 、

visitOuterClass、visitAnnotation 或 visitAttribute，这是无效的。出于同样的原

因，不能将这个新调用放在 visitSource、visitOuterClass、visitAnnotation 或

visitAttribute 方法中. 仅有的可能位置是 visitInnerClass 、 visitField 、

visitMethod 或 visitEnd 方法。

如果将这个新调用放在 visitEnd 方法中，那这个字段将总会被添加（除非增加显式条件），

因为这个方法总会被调用。如果将它放在 visitField 或 visitMethod 中，将会添加几个字

段：原类中的每个字段和方法各有一个相应的字段。这两种解决方案都可能发挥应有的作用；具

体取决于你的需求。例如，可以仅添加一个计数器字段，用于计算对一个对象的调用次数，也可

以为每个方法添加一个计数器，用于分别计算对每个方法的调用次数。

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注意：事实上，惟一真正正确的解决方案是在

visitEnd 方法中添加更多调用，以添加新成员。实际上，

一个类中不得包含重复成员，要确保一个新成员没有重复成员，惟一方法就是将它与所有已有成员进行对

比，只有在 visitEnd 方法中访问了所有这些成员后才能完成这一工作。这种做法是相当受限制的。在

实践中，使用程序员不大可能使用的生成名，比如

_counter$或_4B7F_ i 就足以避免重复成员了，

并不需要将它们添加到

visitEnd 中。注意，在第一章曾经讨论过，树 API 没有这一限制：可以在任意

时刻向使用这个 API 的转换中添加新成员。

为了举例阐述以上讨论，下面给出一个类适配器，它会向类中添加一个字段，除非这个字段

已经存在：

public class AddFieldAdapter extends ClassVisitor {

priva te i nt fAcc ;

priva te S tring f Na me ;

priva te S tring f De sc ;

priva te b oolean is Fi eldPres en t;

publi c Ad dFieldA da pt er(Clas sV is itor cv , in t fAcc, S tr in g fName ,

Strin g fD esc) {

super (A SM 4, cv);

this. fA cc = fAcc ;

this. fN am e = fNa me ;

this. fD es c = fDe sc ;

}

@Over ri de

publi c Fi eldVisi to r visitFi el d( int acc es s, S tring n am e, String d es c,

Strin g si gnature , Ob ject va lu e) {

if (name. equals(fNam e)) {

isFieldPresent = true;

}

retur n cv .visitF ie ld (access , na me, des c, s ig natur e, v al ue);

}

@Over ri de

publi c vo id visi tE nd () {

if (!isFi eldPresent) {

FieldVisitor fv = cv.visit Field(fAcc, fName, fDesc, null, nul l);

if (fv != null) {

fv.visit End();

}

cv.vi si tE nd();

}

这个字段被添加在 visitEnd 方法中。visitField 方法未被重写为修改已有字段或删除

一个字段，只是检测一下我们希望添加的字段是否已经存在。注意 visitEnd 方法中在调用

fv.visitEnd()之前的 fv != null 检测：这是因为一个类访问器可以在 visitField 中返

回 null，在上一节已经看到这一点。

2.2.7 转换链

到目前为止，我们已经看到一些由 ClassReader、类适配器和 ClassWriter 组成的简单

转换链。当然可以使用更为复杂的转换链，将几个类适配器链接在一起。将几个适配器链接在一

起，就可以组成几个独立的类转换，以完成复杂转换。还要注意，转换链不一定是线性的。我们

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的源代码形式。但它提供了 Type 类，可以在必要时进行手动转换。

一个 Type 对象表示一种 Java 类型，既可以由类型描述符构造，也可以由 Class 对象构建。

Type 类还包含表示基元类型的静态变量。例如，Type.INT_TYPE 是表示 int 类型的 Type 对

象。

getInternalName 方法返回一个 Type 的内部名。例如，

Type.getType(String.class). getInternalName()给出 String 类的内部名，即

"java/lang/String"。这一方法只能对类或接口类型使用。

getDescriptor 方法返回一个 Type 的描述符。比如，在代码中可以不使用

"Ljava/lang/String;" ，而是使用 Type.getType(String.class).

getDescriptor()。或者，可以不使用 I，而是使用 Type.INT_TYPE.getDescriptor()。

Type 对象还可以表示方法类型。这种对象既可以从一个方法描述符构建，也可以由 Method

对象构建。getDescriptor 方法返回与这一类型对应的方法描述符。此外，

getArgumentTypes 和 getReturnType 方法可用于获取与一个方法的参数类型和返回类型

相对应的 Type 对象。例如，Type.getArgumentTypes("(I)V")返回一个仅有一个元素

Type.INT_TYPE 的数组。与此类似，调用 Type.getReturnType("(I)V") 将返回

Type.VOID_TYPE 对象。

2.3.2 TraceClassVisitor

要确认所生成或转换后的类符合你的预期，ClassWriter 返回的字母数组并没有什么真正

的用处，因为它对人类来说是不可读的。如果有文本表示形式，那使用起来就容易多了。这正是

TraceClassVisitor 类提供的东西。从名字可以看出，这个类扩展了 ClassVisitor 类，

并生成所访问类的文本表示。因此，我们不是用 ClassWriter 来生成类，而是使用

TraceClassVisitor，以获得关于实际所生成内容的一个可读轨迹。甚至可以同时使用这两

者，这样要更好一些。除了其默认行为之外，TraceClassVisitor 实际上还可以将对其方法

的所有调用委托给另一个访问器，比如 ClassWriter：

ClassWriter cw = new ClassWriter(0);

TraceClassVisitor cv = new TraceClassVisitor(cw, printWriter);

cv.visit(...);

...

cv.visitEnd();

byte b[] = cw.toByteArray();

这一代码创建了一个 TraceClassVisitor，将它自己接收到的所有调用都委托给 cw，然

后将这些调用的一份文本表示打印到 printWriter。例如，如果在 2.2.3 节的例子中使用

TraceClassVisitor，将会得出：

// 类版本号 49.0 (49)

// 访问标志 15 37

public abstract interface pkg/Comparable implements pkg/Mesurable {

// 访问标志 25

publi c fi nal sta ti c I LESS = -1

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