预期目标
假如有一个HelloWorld类，代码如下：
public class HelloWorld {
public void test() {
System.out.println("this is a test method.");
}
}
我们想实现的预期目标：对于test()方法，在“方法进入”时和“方法退出”时，添加一条打印语句。
- 第一种情况，在“方法进入”时，预期目标如下所示：
public class HelloWorld {
public void test() {
System.out.println("Method Enter...");
System.out.println("this is a test method.");
}
}
- 第二种情况，在“方法退出”时，预期目标如下所示：
public class HelloWorld {
public void test() {
System.out.println("this is a test method.");
System.out.println("Method Exit...");
}
}
现在，我们有了明确的预期目标；接下来，就是将这个预期目标转换成具体的ASM代码。那么，应该怎么实现呢？从哪里着手呢？
实现思路
我们知道，现在的内容是Class Transformation的操作，其中涉及到三个主要的类：ClassReader、ClassVisitor和ClassWriter。其中，ClassReader负责读取Class文件，ClassWriter负责生成Class文件，而具体的ClassVisitor负责进行Transformation的操作。换句话说，我们还是应该从ClassVisitor类开始。
第一步，回顾一下ClassVisitor类当中主要的visitXxx()方法有哪些。在ClassVisitor类当中，有visit()、visitField()、visitMethod()和visitEnd()方法；这些visitXxx()方法与.class文件里的不同部分之间是有对应关系的，如下图：
visitXxx关系
根据我们的预期目标，现在想要修改的是“方法”的部分，那么就对应着ClassVisitor类的visitMethod()方法。ClassVisitor.visitMethod()会返回一个MethodVisitor类的实例；而MethodVisitor类就是用来生成方法的“方法体”。
第二步，回顾一下MethodVisitor类当中定义了哪些visitXxx()方法。
methodVisitor方法
在MethodVisitor类当中，定义的visitXxx()方法比较多，但是我们可以将这些visitXxx()方法进行分组：
- 第一组，visitCode()方法，标志着方法体（method body）的开始。
- 第二组，visitXxxInsn()方法，对应方法体（method body）本身，这里包含多个方法。
- 第三组，visitMaxs()方法，标志着方法体（method body）的结束。
- 第四组，visitEnd()方法，是最后调用的方法。
另外，我们也回顾一下，在MethodVisitor类中，visitXxx()方法的调用顺序：
- 第一步，调用visitCode()方法，调用一次。
- 第二步，调用visitXxxInsn()方法，可以调用多次。
- 第三步，调用visitMaxs()方法，调用一次。
- 第四步，调用visitEnd()方法，调用一次。
到了这一步，我们基本上就知道了：需要修改的内容就位于visitCode()和visitMaxs()方法之间，这是一个大概的范围。
第三步，精确定位。也就是说，在MethodVisitor类当中，要确定出要在哪一个visitXxx()方法里进行修改。
方法进入
如果我们想在“方法进入”时，添加一些打印语句，那么我们有两个位置可以添加打印语句：
- 第一个位置，就是在visitCode()方法中。
- 第二个位置，就是在第1个visitXxxInsn()方法中。
在这两个位置当中，我们推荐使用visitCode()方法。因为visitCode()方法总是位于方法体（method body）的前面，而第1个visitXxxInsn()方法是不稳定的。
public void visitCode() {
// 首先，处理自己的代码逻辑
// TODO: 添加“方法进入”时的代码
// 其次，调用父类的方法实现
super.visitCode();
}
方法退出
如果我们在“方法退出”时想添加的代码，是否可以添加到visitMaxs()方法内呢？这样做是不行的。因为在执行visitMaxs()方法之前，方法体（method body）已经执行过了：在方法体（method body）当中，里面会包含return语句；如果return语句一执行，后面的任何语句都不会再执行了；换句话说，如果在visitMaxs()方法内添加的打印输出语句，由于前面方法体（method body）中已经执行了return语句，后面的任何语句就执行不到了。
那么，到底是应该在哪里添加代码呢？为了回答这个问题，我们需要知道“方法退出”有哪几种情况。方法的退出，有两种情况，一种是正常退出（执行return语句），另一种是异常退出（执行throw语句）；接下来，就是将这两种退出情况应用到ASM的代码层面。
在MethodVisitor类当中，无论是执行return语句，还是执行throw语句，都是通过visitInsn(opcode)方法来实现的。所以，如果我们想在“方法退出”时，添加一些语句，那么这些语句放到visitInsn(opcode)方法中就可以了。
public void visitInsn(int opcode) {
// 首先，处理自己的代码逻辑
if (opcode == Opcodes.ATHROW || (opcode >= Opcodes.IRETURN && opcode <= Opcodes.RETURN)) {
// TODO: 添加“方法退出”时的代码
}
// 其次，调用父类的方法实现
super.visitInsn(opcode);
}
推荐做法：在编写ASM代码的时候，如果写了一个类，它继承自ClassVisitor，那么就命名成XxxVisitor；如果写了一个类，它继承自MethodVisitor，那么就命名成XxxAdapter。通过类的名字，我就可以区分出哪些类是继承自ClassVisitor，哪些类是继承自MethodVisitor。
示例一：方法进入
编码实现：
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
public class MethodEnterVisitor extends ClassVisitor {
public MethodEnterVisitor(int api, ClassVisitor classVisitor) {
super(api, classVisitor);
}
@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
if (mv != null && !"<init>".equals(name)) {
mv = new MethodEnterAdapter(api, mv);
}
return mv;
}
private static class MethodEnterAdapter extends MethodVisitor {
public MethodEnterAdapter(int api, MethodVisitor methodVisitor) {
super(api, methodVisitor);
}
@Override
public void visitCode() {
// 首先，处理自己的代码逻辑
super.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
super.visitLdcInsn("Method Enter...");
super.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
// 其次，调用父类的方法实现
super.visitCode();
}
}
}
在上面MethodEnterAdapter类的visitCode()方法中，主要是做两件事情：
- 首先，处理自己的代码逻辑。
- 其次，调用父类的方法实现。
在处理自己的代码逻辑中，有3行代码。这3条语句的作用就是添加System.out.println("Method Enter...");语句：
super.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
super.visitLdcInsn("Method Enter...");
super.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
注意，上面的代码中使用了super关键字。
事实上，在MethodVisitor类当中，定义了一个protected MethodVisitor mv;字段。我们也可以使用mv这个字段，代码也可以这样写：
mv.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
mv.visitLdcInsn("Method Enter...");
mv.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
但是这样写，可能会遇到mv为null的情况，这样就会出现NullPointerException异常。
如果使用super，就会避免NullPointerException异常的情况。因为使用super的情况下，就是调用父类定义的方法，在本例中其实就是调用MethodVisitor类里定义的方法。在MethodVisitor类里的visitXxx()方法中，会先对mv进行是否为null的判断，所以就不会出现NullPointerException的情况。
public abstract class MethodVisitor {
protected MethodVisitor mv;
public void visitCode() {
if (mv != null) {
mv.visitCode();
}
}
public void visitInsn(final int opcode) {
if (mv != null) {
mv.visitInsn(opcode);
}
}
public void visitIntInsn(final int opcode, final int operand) {
if (mv != null) {
mv.visitIntInsn(opcode, operand);
}
}
public void visitVarInsn(final int opcode, final int var) {
if (mv != null) {
mv.visitVarInsn(opcode, var);
}
}
public void visitFieldInsn(final int opcode, final String owner, final String name, final String descriptor) {
if (mv != null) {
mv.visitFieldInsn(opcode, owner, name, descriptor);
}
}
// ......
public void visitMaxs(final int maxStack, final int maxLocals) {
if (mv != null) {
mv.visitMaxs(maxStack, maxLocals);
}
}
public void visitEnd() {
if (mv != null) {
mv.visitEnd();
}
}
}
进行转换：
import lsieun.utils.FileUtils;
import org.objectweb.asm.*;
public class HelloWorldTransformCore {
public static void main(String[] args) {
String relative_path = "sample/HelloWorld.class";
String filepath = FileUtils.getFilePath(relative_path);
byte[] bytes1 = FileUtils.readBytes(filepath);
//（1）构建ClassReader
ClassReader cr = new ClassReader(bytes1);
//（2）构建ClassWriter
ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);
//（3）串连ClassVisitor
int api = Opcodes.ASM9;
ClassVisitor cv = new MethodEnterVisitor(api, cw);
//（4）结合ClassReader和ClassVisitor
int parsingOptions = ClassReader.SKIP_DEBUG | ClassReader.SKIP_FRAMES;
cr.accept(cv, parsingOptions);
//（5）生成byte[]
byte[] bytes2 = cw.toByteArray();
FileUtils.writeBytes(filepath, bytes2);
}
}
结果验证：
import java.lang.reflect.Method;
public class HelloWorldRun {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<?> clazz = Class.forName("sample.HelloWorld");
Method m = clazz.getDeclaredMethod("test");
Object instance = clazz.newInstance();
m.invoke(instance);
}
}
特殊情况：<init>()方法
在.class文件中，<init>()方法，就表示类当中的构造方法。
我们在“方法进入”时，有一个对于<init>的判断：
if (mv != null && !"<init>".equals(name)) {
// ......
}
Java requires that if you call this() or super() in a constructor, it must be the first statement.
public class HelloWorld {
public HelloWorld() {
System.out.println("Method Enter...");
super(); // 报错：Call to 'super()' must be first statement in constructor body
}
}
去掉对于<init>()方法的判断，会发现它好像也是可以正常执行的。
但是，如果我们换一下添加的语句，就会出错了：
super.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
super.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0);
super.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/lang/Object", "toString", "()Ljava/lang/String;", false);
super.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
示例二：方法退出
代码实现：
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
public class MethodExitVisitor extends ClassVisitor {
public MethodExitVisitor(int api, ClassVisitor classVisitor) {
super(api, classVisitor);
}
@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
if (mv != null && !"<init>".equals(name)) {
mv = new MethodExitAdapter(api, mv);
}
return mv;
}
private static class MethodExitAdapter extends MethodVisitor {
public MethodExitAdapter(int api, MethodVisitor methodVisitor) {
super(api, methodVisitor);
}
@Override
public void visitInsn(int opcode) {
// 首先，处理自己的代码逻辑
if (opcode == Opcodes.ATHROW || (opcode >= Opcodes.IRETURN && opcode <= Opcodes.RETURN)) {
super.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
super.visitLdcInsn("Method Exit...");
super.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
}
// 其次，调用父类的方法实现
super.visitInsn(opcode);
}
}
}
进行转换：
import lsieun.utils.FileUtils;
import org.objectweb.asm.*;
public class HelloWorldTransformCore {
public static void main(String[] args) {
String relative_path = "sample/HelloWorld.class";
String filepath = FileUtils.getFilePath(relative_path);
byte[] bytes1 = FileUtils.readBytes(filepath);
//（1）构建ClassReader
ClassReader cr = new ClassReader(bytes1);
//（2）构建ClassWriter
ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);
//（3）串连ClassVisitor
int api = Opcodes.ASM9;
ClassVisitor cv = new MethodExitVisitor(api, cw);
//（4）结合ClassReader和ClassVisitor
int parsingOptions = ClassReader.SKIP_DEBUG | ClassReader.SKIP_FRAMES;
cr.accept(cv, parsingOptions);
//（5）生成byte[]
byte[] bytes2 = cw.toByteArray();
FileUtils.writeBytes(filepath, bytes2);
}
}
结果验证：
import java.lang.reflect.Method;
public class HelloWorldRun {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<?> clazz = Class.forName("sample.HelloWorld");
Method m = clazz.getDeclaredMethod("test");
Object instance = clazz.newInstance();
m.invoke(instance);
}
}
输出结果：
this is a test method.
Method Exit...
示例三：方法进入和方法退出
第一种方式
第一种方式，就是将多个ClassVisitor类串联起来。
import lsieun.utils.FileUtils;
import org.objectweb.asm.*;
public class HelloWorldTransformCore {
public static void main(String[] args) {
String relative_path = "sample/HelloWorld.class";
String filepath = FileUtils.getFilePath(relative_path);
byte[] bytes1 = FileUtils.readBytes(filepath);
//（1）构建ClassReader
ClassReader cr = new ClassReader(bytes1);
//（2）构建ClassWriter
ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);
//（3）串连ClassVisitor
int api = Opcodes.ASM9;
ClassVisitor cv1 = new MethodEnterVisitor(api, cw);
ClassVisitor cv2 = new MethodExitVisitor(api, cv1);
ClassVisitor cv = cv2;
//（4）结合ClassReader和ClassVisitor
int parsingOptions = ClassReader.SKIP_DEBUG | ClassReader.SKIP_FRAMES;
cr.accept(cv, parsingOptions);
//（5）生成byte[]
byte[] bytes2 = cw.toByteArray();
FileUtils.writeBytes(filepath, bytes2);
}
}
第二种方式
第二种方式，就是将所有的代码都放到一个ClassVisitor类里面。
编码实现：
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
public class MethodAroundVisitor extends ClassVisitor {
public MethodAroundVisitor(int api, ClassVisitor classVisitor) {
super(api, classVisitor);
}
@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
if (mv != null && !"<init>".equals(name)) {
boolean isAbstractMethod = (access & Opcodes.ACC_ABSTRACT) == Opcodes.ACC_ABSTRACT;
boolean isNativeMethod = (access & Opcodes.ACC_NATIVE) == Opcodes.ACC_NATIVE;
if (!isAbstractMethod && !isNativeMethod) {
mv = new MethodAroundAdapter(api, mv);
}
}
return mv;
}
private static class MethodAroundAdapter extends MethodVisitor {
public MethodAroundAdapter(int api, MethodVisitor methodVisitor) {
super(api, methodVisitor);
}
@Override
public void visitCode() {
// 首先，处理自己的代码逻辑
super.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
super.visitLdcInsn("Method Enter...");
super.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
// 其次，调用父类的方法实现
super.visitCode();
}
@Override
public void visitInsn(int opcode) {
// 首先，处理自己的代码逻辑
if (opcode == Opcodes.ATHROW || (opcode >= Opcodes.IRETURN && opcode <= Opcodes.RETURN)) {
super.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;");
super.visitLdcInsn("Method Exit...");
super.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false);
}
// 其次，调用父类的方法实现
super.visitInsn(opcode);
}
}
}
进行转换：
import lsieun.utils.FileUtils;
import org.objectweb.asm.*;
public class HelloWorldTransformCore {
public static void main(String[] args) {
String relative_path = "sample/HelloWorld.class";
String filepath = FileUtils.getFilePath(relative_path);
byte[] bytes1 = FileUtils.readBytes(filepath);
//（1）构建ClassReader
ClassReader cr = new ClassReader(bytes1);
//（2）构建ClassWriter
ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);
//（3）串连ClassVisitor
int api = Opcodes.ASM9;
ClassVisitor cv = new MethodAroundVisitor(api, cw);
//（4）结合ClassReader和ClassVisitor
int parsingOptions = ClassReader.SKIP_DEBUG | ClassReader.SKIP_FRAMES;
cr.accept(cv, parsingOptions);
//（5）生成byte[]
byte[] bytes2 = cw.toByteArray();
FileUtils.writeBytes(filepath, bytes2);
}
}
总结
本文主要是对“方法进入”和“方法退出”添加代码进行介绍，内容总结如下：
- 第一点，在“方法进入”时和“方法退出”时添加代码，应该如何实现？
- 在“方法进入”时添加代码，是在visitCode()方法当中完成；
- 在“方法退出”添加代码时，是在visitInsn(opcode)方法中，判断opcode为return或throw的情况下完成。
- 第二点，在“方法进入”时和“方法退出”时添加代码，有一些特殊的情况，需要小心处理：
- 接口，是否需要处理？接口当中的抽象方法没有方法体，但也可能有带有方法体的default方法。
- 带有特殊修饰符的方法：
- 抽象方法，是否需要处理？不只是接口当中有抽象方法，抽象类里也可能有抽象方法。抽象方法，是没有方法体的。
- native方法，是否需要处理？native方法是没有方法体的。
- 名字特殊的方法，例如，构造方法（<init>()）和静态初始化方法（<clinit>()），是否需要处理？
另外，在编写代码的时候，我们遵循一个“规则”：如果是ClassVisitor的子类，就取名为XxxVisitor类；如果是MethodVisitor的子类，就取名为XxxAdapter类。
本文的介绍方式侧重于让大家理解“工作原理”，而后续介绍的AdviceAdapter则侧重于“应用”，AdviceAdapter的实现也是基于visitCode()和visitInsn(opcode)方法实现的，在理解上有一个步步递进的关系。
本文也是基础方式，可以应对各种场景，大家需进行掌握。
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