Java 字节码增强技术 2019-02-01
本文将介绍有哪些常见的字节码增强技术、字节码增强的实现方式、AOP实现的原理。
1. 字节码增强技术的应用场景：
写日志、事务管理
常见的字节码增强技术：
1. Java 动态代理
Java Proxy API 通过invoke方法拦截出来相应的代码逻辑。Proxy 是面向接口的，被代理的Class的所有方法调用都会通过反射调用invoke方法。
缺点：性能开销大
2. Java 5 提供的Instrumentation API
适应场景：适用于监控
缺点：不适合处理灵活的代码逻辑
Instrumentation API 不仅可以做字节码增强，还可以通过调用getObjectSize(Object o) 方法来计算一个对象的精确大小。
3. ASM
ASM 是一个提供字节码解析和操作的框架。CGlib 框架是基于ASM 实现，而常用的框架Hibernate、Spring 是基于CGlib 实现 AOP的。
ASM 对使用者屏蔽了整个类的字节码的长度、偏移量，能够灵活、方便地解析和操作字节码。主要提供 Core API 和Tree API。
Core API 主要的类（接口）：
ClassVisitor、ClassAdapter、ClassReader、ClassWriter
Tree API 主要的类（接口）：
工具类：
TraceClassVisitor、CheckClassAdapter、ASMifier、Type
TraceClassVisitor 能打印ClassWriter 提供的byte[] 字节数组。
TraceClassVisitor 通过初始化一个ClassWriter 和一个Printer 对象来打印我们需要的字节流信息。方便比较类文件及分析字节码文件的结构。
2. 两种实现机制：
（1） 通过创建原始类的一个子类（动态创建的类继承原来的类）。子类名以原始类名为前缀，以避免重名。Spring AOP 使用的就是这种
（2） 直接修改原始类的字节码。类的跟踪过程中使用
3. 实现字节码增强要执行两个步骤：
（1） 在内存中获取到原始的字节码， 然后通过一些开源的API 来修改它的byte[] 数组，得到一个新的byte[] 数组。
（2） 将新的byte[] 数组加载到PermGen 区（即加载新的byte[] 数组或替换原始类的字节码）。
4. 使用较多的开源的字节码增强API：
ASM、javassist、BCEL、SERP、CGLib(基于ASM )
5. 加载字节数组的方式：
1. 基于Java 的instrument API (接口ClassFileTransformer 的transform方法)
byte[] transform( ClassLoader loader, String className, Class classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException
2. 通过指定的ClassLoader 来完成
FAQ: 这两种加载字节数组的方式的区别？
附录：
ASM 是一种修改字节码本身的工具库，它实现的抽象层次是很低的，几乎接近于指令级别。例子中的操作都是基于指令和操作数的。
/**
* Visits a local variable instruction. A local variable instruction is an
* instruction that loads or stores the value of a local variable.
*
* @param opcode the opcode of the local variable instruction to be visited.
* This opcode is either ILOAD, LLOAD, FLOAD, DLOAD, ALOAD, ISTORE,
* LSTORE, FSTORE, DSTORE, ASTORE or RET.
* @param var the operand of the instruction to be visited. This operand is
* the index of a local variable.
*/
void visitVarInsn(int opcode,int var);
LDC 指令将一个常量加载到操作数栈
/**
* Visits a LDC instruction.
*
* @param cst the constant to be loaded on the stack. This parameter must be
* a non null {@link Integer}, a {@link Float}, a {@link Long}, a
* {@link Double} a {@link String} (or a {@link Type} for
* <tt>.class</tt>constants, for classes whose version is 49.0 or
* more).
*/
void visitLdcInsn(Object cst);
/**
* Visits a field instruction. A field instruction is an instruction that
* loads or stores the value of a field of an object.
*
* @param opcode the opcode of the type instruction to be visited. This
* opcode is either GETSTATIC, PUTSTATIC, GETFIELD or PUTFIELD.
* @param owner the internal name of the field's owner class (see {@link
* Type#getInternalName() getInternalName}).
* @param name the field's name.
* @param desc the field's descriptor (see {@link Type Type}).
*/
void visitFieldInsn(int opcode, String owner, String name, String desc);
/**
* Visits a method instruction. A method instruction is an instruction that
* invokes a method.
*
* @param opcode the opcode of the type instruction to be visited. This
* opcode is either INVOKEVIRTUAL, INVOKESPECIAL, INVOKESTATIC,
* INVOKEINTERFACE or INVOKEDYNAMIC.
* @param owner the internal name of the method's owner class (see {@link
* Type#getInternalName() getInternalName})
* or {@link org.objectweb.asm.Opcodes#INVOKEDYNAMIC_OWNER}.
* @param name the method's name.
* @param desc the method's descriptor (see {@link Type Type}).
*/
void visitMethodInsn(int opcode, String owner, String name, String desc);
