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一、APT

1.什么是APT？
APT即为Annotation Processing Tool，它是javac的一个工具，中文意思为编译时注解处理器。APT可以用来在编译时扫描和处理注解。通过APT可以获取到注解和被注解对象的相关信息，在拿到这些信息后我们可以根据需求来自动的生成一些代码，省去了手动编写。注意，获取注解及生成代码都是在代码编译时候完成的，相比反射在运行时处理注解大大提高了程序性能。APT的核心是AbstractProcessor类，关于AbstractProcessor类后面会做详细说明。
2.哪里用到了APT？
APT技术被广泛的运用在Java框架中，包括Android项以及Java后台项目，除了上面我们提到的ButterKnife之外，像EventBus 、Dagger2以及阿里的ARouter路由框架等都运用到APT技术，因此要想了解以、探究这些第三方框架的实现原理，APT就是我们必须要掌握的。

3.如何在Android Studio中构建一个APT项目?
APT项目需要由至少两个Java Library模块组成，不知道什么是Java Library？没关系，手把手来叫你如何创建一个Java Library。

首先，新建一个Android项目，然后File–>New–>New Module,打开如上图所示的面板，选择Java Library即可。刚才说到一个APT项目至少应该由两个Java Library模块。那么这两个模块分别是什么作用呢？
1.首先需要一个Annotation模块，这个用来存放自定义的注解。

2. 另外需要一个Compiler模块，这个模块依赖Annotation模块。
   3.项目的App模块和其它的业务模块都需要依赖Annotation模块，同时需要通过annotationProcessor依赖Compiler模块。
   app模块的gradle中依赖关系如下：

implementation project(':annotation')
annotationProcessor project(':factory-compiler')

APT项目的模块的结构图如下所示：

为什么要强调上述两个模块一定要是Java Library？如果创建Android Library模块你会发现不能找到AbstractProcessor这个类，这是因为Android平台是基于OpenJDK的，而OpenJDK中不包含APT的相关代码。因此，在使用APT时，必须在Java Library中进行。
<meta charset="utf-8">

二、插桩

1、什么是插桩
QQ空间曾经发布的《热修复解决方案》中利用 Javaassist库实现向类的构造函数中插入一段代码解决 CLASS_ISPREVERIFIED问题。包括了Instant Run的实现以及参照Instant Run实现的热修复美团Robus等都利用到了插桩技术。

插桩就是将一段代码插入或者替换原本的代码。字节码插桩顾名思义就是在我们编写的源码编译成字节码（Class）后，在Android下生成dex之前修改Class文件，修改或者增强原有代码逻辑的操作。

image image

我们需要查看方法执行耗时，如果每一个方法都需要自己手动去加入这些内容，当不需要时也需要一个个删去相应的代码。一个、两个方法还好，如果有10个、20个得多麻烦！所以可以利用注解来标记需要插桩的方法，结合编译后操作字节码来帮助我们自动插入，当不需要时关掉插桩即可。这种AOP思想让我们只需要关注插桩代码本身。

2、字节码操作框架

上面我们提到QQ空间使用了 Javaassist来进行字节码插桩，除了 Javaassist之外还有一个应用更为广泛的 ASM框架同样也是字节码操作框架，Instant Run包括 AspectJ就是借助 ASM来实现各自的功能。

我们非常熟悉的JSON格式数据是基于文本的，我们只需要知道它的规则就能够轻松的生成、修改JSON数据。同样的Class字节码也有其自己的规则(格式)。操作JSON可以借助GSON来非常方便的生成、修改JSON数据。而字节码Class，同样可以借助Javassist/ASM来实现对其修改。

image

字节码操作框架的作用在于生成或者修改Class文件，因此在Android中字节码框架本身是不需要打包进入APK的，只有其生成/修改之后的Class才需要打包进入APK中。它的工作时机在上图Android打包流程中的生成Class之后，打包dex之前。

3、ASM的使用*

由于 ASM具有相对于 Javassist更好的性能以及更高的灵活行，我们这篇文章以使用ASM为主。在真正利用到Android中之前，我们可以先在 Java程序中完成对字节码的修改测试。

3.1、在AS中引入ASM

ASM可以直接从 jcenter()仓库中引入，所以我们可以进入:https://bintray.com/进行搜索

image

点击图中标注的工件进入，可以看到最新的正式版本为：7.1。

image

因此，我们可以在AS中加入：

image

同时，需要注意的是：我们使用 testImplementation引入，这表示我们只能在Java的单元测试中使用这个框架，对我们Android中的依赖关系没有任何影响。

AS中使用gradle的Android工程会自动创建Java单元测试与Android单元测试。测试代码分别在test与androidTest。

3.2、准备待插桩Class

在 test/java下面创建一个Java类：

public class InjectTest {
       public static void main(String[] args) {
    }
}

由于我们操作的是字节码插桩，所以可以进入 test/java下面使用 javac对这个类进行编译生成对应的class文件。

javac InjectTest.java

3.3、执行插桩

因为 main方法中没有任何输出代码，我们输入命令：javaInjectTest执行这个Class不会有任何输出。那么我们接下来利用 ASM，向 main方法中插入一开始图中的记录函数执行时间的日志输出。

在单元测试中写入测试方法

/**
* 1、准备待分析的class
*/
FileInputStream fis = new  FileInputStream
("xxxxx/test/java/InjectTest.class");
/**
* 2、执行分析与插桩
*/
//class字节码的读取与分析引擎
ClassReader cr = new  ClassReader(fis);
// 写出器 COMPUTE_FRAMES 自动计算所有的内容，后续操作更简单
ClassWriter cw = new  ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);
//分析，处理结果写入cw EXPAND_FRAMES：栈图以扩展格式进行访问
cr.accept(new  ClassAdapterVisitor(cw), ClassReader.EXPAND_FRAMES);
/**
* 3、获得结果并输出
*/
byte[] newClassBytes = cw.toByteArray();
File file = new  File("xxx/test/java2/");
file.mkdirs();
FileOutputStream fos = new  FileOutputStream
("xxx/test/java2/InjectTest.class");
fos.write(newClassBytes);
fos.close();

关于ASM框架本身的设计，我们这里先不讨论。上面的代码会获取上一步生成的class，然后由ASM执行完插桩之后，将结果输出到 test/java2目录下。其中关键点就在于第2步中，如何进行插桩。

把class数据交给 ClassReader，然后进行分析，类似于XML解析，分析结果会以事件驱动的形式告知给accept的第一个参数 ClassAdapterVisitor。

public  class  ClassAdapterVisitor  extends  ClassVisitor {
    public  ClassAdapterVisitor(ClassVisitor cv) {
        super(Opcodes.ASM7, cv);
    }
    @Override
    public  MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc, String signature,
    String[] exceptions) {
        System.out.println("方法:" + name + " 签名:" + desc);
        MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, desc, signature,
        exceptions);
        return  new  MethodAdapterVisitor(api,mv, access, name, desc);
    }
}

分析结果通过 ClassAdapterVisitor获得，一个类中会存在方法、注解、属性等，因此 ClassReader会将调用 ClassAdapterVisitor中对应的 visitMethod、 visitAnnotation、 visitField这些 visitXX方法。

我们的目的是进行函数插桩，因此重写 visitMethod方法，在这个方法中我们返回一个 MethodVisitor方法分析器对象。一个方法的参数、注解以及方法体需要在 MethodVisitor中进行分析与处理。

package com.enjoy.asminject.example;
import com.enjoy.asminject.ASMTest;
import org.objectweb.asm.AnnotationVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Type;
import org.objectweb.asm.commons.AdviceAdapter;
import org.objectweb.asm.commons.Method;
/**
* AdviceAdapter: 子类
* 对methodVisitor进行了扩展， 能让我们更加轻松的进行方法分析
*/
public  class  MethodAdapterVisitor  extends  AdviceAdapter {
    private  Boolean inject;
    protected  MethodAdapterVisitor(int api, MethodVisitor methodVisitor, int access, String name, String descriptor) {
        super(api, methodVisitor, access, name, descriptor);
    }
    /**
* 分析方法上面的注解
* 在这里干嘛？？？
* <p>
* 判断当前这个方法是不是使用了injecttime，如果使用了，我们就需要对这个方法插桩
* 没使用，就不管了。
*
* @param desc
* @param visible
* @return
*/
    @Override
    public  AnnotationVisitor visitAnnotation(String desc, Boolean visible) {
        if (Type.getDescriptor(ASMTest.class).equals(desc)) {
            System.out.println(desc);
            inject = true;
        }
        return  super.visitAnnotation(desc, visible);
    }
    private  int start;
    @Override
    protected  void onMethodEnter() {
        super.onMethodEnter();
        if (inject) {
            //执行完了怎么办？记录到本地变量中
            invokeStatic(Type.getType("Ljava/lang/System;"),
            new  Method("currentTimeMillis", "()J"));
            start = newLocal(Type.LONG_TYPE);
            //创建本地 LONG类型变量
            //记录 方法执行结果给创建的本地变量
            storeLocal(start);
        }
    }
    @Override
    protected  void onMethodExit(int opcode) {
        super.onMethodExit(opcode);
        if (inject){
            invokeStatic(Type.getType("Ljava/lang/System;"),
            new  Method("currentTimeMillis", "()J"));
            int end = newLocal(Type.LONG_TYPE);
            storeLocal(end);
            getStatic(Type.getType("Ljava/lang/System;"),"out",Type.getType("Ljava/io" +
            "/PrintStream;"));
            //分配内存 并dup压入栈顶让下面的INVOKESPECIAL 知道执行谁的构造方法创建StringBuilder
            newInstance(Type.getType("Ljava/lang/StringBuilder;"));
            dup();
            invokeConstructor(Type.getType("Ljava/lang/StringBuilder;"),new  Method("<init>","()V"));
            visitLdcInsn("execute:");
            invokeVirtual(Type.getType("Ljava/lang/StringBuilder;"),new  Method("append","(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;"));
            //减法
            loadLocal(end);
            loadLocal(start);
            math(SUB,Type.LONG_TYPE);
            invokeVirtual(Type.getType("Ljava/lang/StringBuilder;"),new  Method("append","(J)Ljava/lang/StringBuilder;"));
            invokeVirtual(Type.getType("Ljava/lang/StringBuilder;"),new  Method("toString","()Ljava/lang/String;"));
            invokeVirtual(Type.getType("Ljava/io/PrintStream;"),new  Method("println","(Ljava/lang/String;)V"));
        }
    }
}

MethodAdapterVisitor继承自 AdviceAdapter，其实就是 MethodVisitor 的子类， AdviceAdapter封装了指令插入方法，更为直观与简单。

上述代码中 onMethodEnter进入一个方法时候回调，因此在这个方法中插入指令就是在整个方法最开始加入一些代码。我们需要在这个方法中插入 longs=System.currentTimeMillis();。在 onMethodExit中即方法最后插入输出代码。

@Override
protected  void onMethodEnter() {
    super.onMethodEnter();
    if (inject) {
        //执行完了怎么办？记录到本地变量中
        invokeStatic(Type.getType("Ljava/lang/System;"),
        new  Method("currentTimeMillis", "()J"));
        start = newLocal(Type.LONG_TYPE);
        //创建本地 LONG类型变量
        //记录 方法执行结果给创建的本地变量
        storeLocal(start);
    }
}

这里面的代码怎么写？其实就是 longs=System.currentTimeMillis();这句代码的相对的指令。我们可以先写一份代码

void test(){
    //插入的代码
    long s = System.currentTimeMillis();
    /**
*  方法实现代码....
*/
    //插入的代码
    long e = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("execute:"+(e-s)+" ms.");
}

然后使用 javac编译成Class再使用 javap-c查看字节码指令。也可以借助插件来查看，就不需要我们手动执行各种命令。

image

安装完成之后，可以在需要插桩的类源码中点击右键：

image

点击ASM Bytecode Viewer之后会弹出

image

所以第20行代码: longs=System.currentTimeMillis();会包含两个指令: INVOKESTATIC与 LSTORE。

再回到 onMethodEnter方法中

@Override
protected  void onMethodEnter() {
    super.onMethodEnter();
    if (inject) {
        //invokeStatic指令，调用静态方法
        invokeStatic(Type.getType("Ljava/lang/System;"),
        new  Method("currentTimeMillis", "()J"));
        //创建本地 LONG类型变量
        start = newLocal(Type.LONG_TYPE);
        //store指令 将方法执行结果从操作数栈存储到局部变量
        storeLocal(start);
    }
}

而 onMethodExit也同样根据指令去编写代码即可。最终执行完插桩之后，我们就可以获得修改后的class数据。

三、反射

1. 什么是反射
反射：是一种机制，利用该机制可以在程序运行过程中对类进行解剖并操作类中的方法，属性，构造方法等成员。

是另外一种调用构造方法、普通方法、属性的方式。

对比普通方式：

功能更强

但是更麻烦

反射操作的统一步骤：

获取Class字节码对象

要操作什么，就获取什么：getxxx(), getDeclaredXXX()

要操作构造方法，就获取Constructor对象

要操作普通方法，就获取Method对象

要操作属性字段，就获取Field对象

如果操作是private类型，就提前设置允许暴力反射：setAccessible(true)

2、反射调用

反射调用Constructor：newInstance()

反射调用Method：invoke()

反射调用Filed： set(), get()

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参考：https://www.jianshu.com/p/cce778d149bc
https://blog.csdn.net/qq_20521573/article/details/82321755