在现阶段，我们接触了ClassVisitor、ClassWriter和ClassReader类，因此可以介绍Class Transformation的操作。
整体思路
对于一个.class文件进行Class Transformation操作，整体思路是这样的：
ClassReader --> ClassVisitor(1) --> ... --> ClassVisitor(N) --> ClassWriter
其中：
- ClassReader类，是ASM提供的一个类，可以直接拿来使用。
- ClassWriter类，是ASM提供的一个类，可以直接拿来使用。
- ClassVisitor类，是ASM提供的一个抽象类，因此需要写代码提供一个
- ClassVisitor的子类，在这个子类当中可以实现对.class文件进行各种处理操作。换句话说，进行Class Transformation操作，编写ClassVisitor的子类是关键。
修改类的信息
修改类的版本
预期目标：假如有一个HelloWorld.java文件，经过Java 8编译之后，生成的HelloWorld.class文件的版本就是Java 8的版本，我们的目标是将HelloWorld.class由Java 8版本转换成Java 7版本。
public class HelloWorld {
}
编码实现：
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
public class ClassChangeVersionVisitor extends ClassVisitor {
public ClassChangeVersionVisitor(int api, ClassVisitor classVisitor) {
super(api, classVisitor);
}
@Override
public void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces) {
super.visit(Opcodes.V1_7, access, name, signature, superName, interfaces);
}
}
进行转换：
import lsieun.utils.FileUtils;
import org.objectweb.asm.ClassReader;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
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 ClassChangeVersionVisitor(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);
}
}
验证结果：
$ javap -p -v sample.HelloWorld
修改类的接口
预期目标：在下面的HelloWorld类中，我们定义了一个clone()方法，但存在一个问题，也就是，如果没有实现Cloneable接口，clone()方法就会出错，我们的目标是希望通过ASM为HelloWorld类添加上Cloneable接口。
public class HelloWorld {
@Override
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
编码实现：
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
public class ClassCloneVisitor extends ClassVisitor {
public ClassCloneVisitor(int api, ClassVisitor cw) {
super(api, cw);
}
@Override
public void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces) {
super.visit(version, access, name, signature, superName, new String[]{"java/lang/Cloneable"});
}
}
import lsieun.utils.FileUtils;
import org.objectweb.asm.ClassReader;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
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 ClassCloneVisitor(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);
}
}
验证结果：
public class HelloWorldRun {
public static void main(String[] args) throws Exception {
HelloWorld obj = new HelloWorld();
Object anotherObj = obj.clone();
System.out.println(anotherObj);
}
}
小结
我们看到上面的两个例子，一个是修改类的版本信息，另一个是修改类的接口信息，那么这两个示例都是基于ClassVisitor.visit()方法实现的：
public void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces)
这两个示例，就是通过修改visit()方法的参数实现的：
- 修改类的版本信息，是通过修改version这个参数实现的
- 修改类的接口信息，是通过修改interfaces这个参数实现的
其实，在visit()方法当中的其它参数也可以修改：
- 修改access参数，也就是修改了类的访问标识信息。
- 修改name参数，也就是修改了类的名称。但是，在大多数的情况下，不推荐修改name参数。因为调用类里的方法，都是先找到类，再找到相应的方法；如果将当前类的类名修改成别的名称，那么其它类当中可能就找不到原来的方法了，因为类名已经改了。但是，也有少数的情况，可以修改name参数，比如说对代码进行混淆（obfuscate）操作。
- 修改superName参数，也就是修改了当前类的父类信息。
修改字段信息
删除字段
预期目标：删除掉HelloWorld类里的String strValue字段。
public class HelloWorld {
public int intValue;
public String strValue; // 删除这个字段
}
编码实现：
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.FieldVisitor;
public class ClassRemoveFieldVisitor extends ClassVisitor {
private final String fieldName;
private final String fieldDesc;
public ClassRemoveFieldVisitor(int api, ClassVisitor cv, String fieldName, String fieldDesc) {
super(api, cv);
this.fieldName = fieldName;
this.fieldDesc = fieldDesc;
}
@Override
public FieldVisitor visitField(int access, String name, String descriptor, String signature, Object value) {
if (name.equals(fieldName) && descriptor.equals(fieldDesc)) {
return null;
}
return super.visitField(access, name, descriptor, signature, value);
}
}
上面代码思路的关键就是ClassVisitor.visitField()方法。在正常的情况下，ClassVisitor.visitField()方法返回一个FieldVisitor对象；但是，如果ClassVisitor.visitField()方法返回的是null，就么能够达到删除该字段的效果。
我们之前说过一个形象的类比，就是将ClassReader类比喻成河流的“源头”，而ClassVisitor类比喻成河流的经过的路径上的“水库”，而ClassWriter类则比喻成“大海”，也就是河水的最终归处。如果说，其中一个“水库”拦截了一部分水流，那么这部分水流就到不了“大海”了；这就相当于ClassVisitor.visitField()方法返回的是null，从而能够达到删除该字段的效果。。
或者说，换一种类比，用信件的传递作类比。将ClassReader类想像成信件的“发出地”，将ClassVisitor类想像成信件运送途中经过的“驿站”，将ClassWriter类想像成信件的“接收地”；如果是在某个“驿站”中将其中一封邮件丢失了，那么这封信件就抵达不了“接收地”了。
import lsieun.utils.FileUtils;
import org.objectweb.asm.ClassReader;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
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 ClassRemoveFieldVisitor(api, cw, "strValue", "Ljava/lang/String;");
//（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);
}
}
验证结果：
import java.lang.reflect.Field;
public class HelloWorldRun {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<?> clazz = Class.forName("sample.HelloWorld");
System.out.println(clazz.getName());
Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
for (Field f : declaredFields) {
System.out.println(" " + f.getName());
}
}
}
添加字段
预期目标：为了HelloWorld类添加一个Object objValue字段。
public class HelloWorld {
public int intValue;
public String strValue;
// 添加一个Object objValue字段
}
编码实现
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.FieldVisitor;
public class ClassAddFieldVisitor extends ClassVisitor {
private final int fieldAccess;
private final String fieldName;
private final String fieldDesc;
private boolean isFieldPresent;
public ClassAddFieldVisitor(int api, ClassVisitor classVisitor, int fieldAccess, String fieldName, String fieldDesc) {
super(api, classVisitor);
this.fieldAccess = fieldAccess;
this.fieldName = fieldName;
this.fieldDesc = fieldDesc;
}
@Override
public FieldVisitor visitField(int access, String name, String descriptor, String signature, Object value) {
if (name.equals(fieldName)) {
isFieldPresent = true;
}
return super.visitField(access, name, descriptor, signature, value);
}
@Override
public void visitEnd() {
if (!isFieldPresent) {
FieldVisitor fv = cv.visitField(fieldAccess, fieldName, fieldDesc, null, null);
if (fv != null) {
fv.visitEnd();
}
}
super.visitEnd();
}
}
上面的代码思路：第一步，在visitField()方法中，判断某个字段是否已经存在，其结果存在于isFieldPresent字段当中；第二步，就是在visitEnd()方法中，根据isFieldPresent字段的值，来决定是否添加新的字段。
import lsieun.utils.FileUtils;
import org.objectweb.asm.ClassReader;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
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 ClassAddFieldVisitor(api, cw, Opcodes.ACC_PUBLIC, "objValue", "Ljava/lang/Object;");
//（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);
}
}
验证结果：
import java.lang.reflect.Field;
public class HelloWorldRun {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<?> clazz = Class.forName("sample.HelloWorld");
System.out.println(clazz.getName());
Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
for (Field f : declaredFields) {
System.out.println(" " + f.getName());
}
}
}
小总结
对于字段的操作，都是基于ClassVisitor.visitField()方法来实现的：
public FieldVisitor visitField(int access, String name, String descriptor, String signature, Object value);
那么，对于字段来说，可以进行哪些操作呢？有三种类型的操作：
- 修改现有的字段。例如，修改字段的名字、修改字段的类型、修改字段的访问标识，这些需要通过修改visitField()方法的参数来实现。
删除已有的字段。在visitField()方法中，返回null值，就能够达到删除字段的效果。 - 添加新的字段。在visitField()方法中，判断该字段是否已经存在；在visitEnd()方法中，如果该字段不存在，则添加新字段。
一般情况下来说，不推荐“修改已有的字段”，也不推荐“删除已有的字段”，原因如下：
- 不推荐“修改已有的字段”，因为这可能会引起字段的名字不匹配、字段的类型不匹配，从而导致程序报错。例如，假如在HelloWorld类里有一个intValue字段，而且GoodChild类里也使用到了HelloWorld类的这个intValue字段；如果我们将HelloWorld类里的intValue字段名字修改为myValue，那么GoodChild类就再也找不到intValue字段了，这个时候，程序就会出错。当然，如果我们把GoodChild类里对于intValue字段的引用修改成myValue，那也不会出错了。但是，我们要保证所有使用intValue字段的地方，都要进行修改，这样才能让程序不报错。
- 不推荐“删除已有的字段”，因为一般来说，类里的字段都是有作用的，如果随意的删除就会造成字段缺失，也会导致程序报错。
为什么不在ClassVisitor.visitField()方法当中来添加字段呢？如果在ClassVisitor.visitField()方法，就可能添加重复的字段，这样就不是一个合法的ClassFile了。
修改方法信息
删除方法
预期目标：删除掉HelloWorld类里的add()方法。
public class HelloWorld {
public int add(int a, int b) { // 删除add方法
return a + b;
}
public int sub(int a, int b) {
return a - b;
}
}
编码实现：
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
public class ClassRemoveMethodVisitor extends ClassVisitor {
private final String methodName;
private final String methodDesc;
public ClassRemoveMethodVisitor(int api, ClassVisitor cv, String methodName, String methodDesc) {
super(api, cv);
this.methodName = methodName;
this.methodDesc = methodDesc;
}
@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
if(name.equals(methodName) && descriptor.equals(methodDesc)) {
return null;
}
return super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
}
}
上面删除方法的代码思路，与删除字段的代码思路是一样的。
import lsieun.utils.FileUtils;
import org.objectweb.asm.ClassReader;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Opcodes;
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 ClassRemoveMethodVisitor(api, cw, "add", "(II)I");
//（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);
}
}
验证结果：
import java.lang.reflect.Method;
public class HelloWorldRun {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<?> clazz = Class.forName("sample.HelloWorld");
System.out.println(clazz.getName());
Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
for (Method m : declaredMethods) {
System.out.println(" " + m.getName());
}
}
}
添加方法
预期目标：为HelloWorld类添加一个mul()方法。
public class HelloWorld {
public int add(int a, int b) {
return a + b;
}
public int sub(int a, int b) {
return a - b;
}
// TODO: 添加一个乘法
}
编码实现：
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
public abstract class ClassAddMethodVisitor extends ClassVisitor {
private final int methodAccess;
private final String methodName;
private final String methodDesc;
private final String methodSignature;
private final String[] methodExceptions;
private boolean isMethodPresent;
public ClassAddMethodVisitor(int api, ClassVisitor cv, int methodAccess, String methodName, String methodDesc,
String signature, String[] exceptions) {
super(api, cv);
this.methodAccess = methodAccess;
this.methodName = methodName;
this.methodDesc = methodDesc;
this.methodSignature = signature;
this.methodExceptions = exceptions;
this.isMethodPresent = false;
}
@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
if (name.equals(methodName) && descriptor.equals(methodDesc)) {
isMethodPresent = true;
}
return super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
}
@Override
public void visitEnd() {
if (!isMethodPresent) {
MethodVisitor mv = super.visitMethod(methodAccess, methodName, methodDesc, methodSignature, methodExceptions);
if (mv != null) {
// create method body
generateMethodBody(mv);
}
}
super.visitEnd();
}
protected abstract void generateMethodBody(MethodVisitor mv);
}
添加新的方法，和添加新的字段的思路，在前期，两者是一样的，都是先要判断该字段或该方法是否已经存在；但是，在后期，两者会有一些差异，因为方法需要有“方法体”，在上面的代码中，我们定义了一个generateMethodBody()方法，这个方法需要在子类当中进行实现。
import lsieun.utils.FileUtils;
import org.objectweb.asm.*;
import static org.objectweb.asm.Opcodes.*;
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 ClassAddMethodVisitor(api, cw, Opcodes.ACC_PUBLIC, "mul", "(II)I", null, null) {
@Override
protected void generateMethodBody(MethodVisitor mv) {
mv.visitCode();
mv.visitVarInsn(ILOAD, 1);
mv.visitVarInsn(ILOAD, 2);
mv.visitInsn(IMUL);
mv.visitInsn(IRETURN);
mv.visitMaxs(2, 3);
mv.visitEnd();
}
};
//（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);
}
}
验证结果：
import java.lang.reflect.Method;
public class HelloWorldRun {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<?> clazz = Class.forName("sample.HelloWorld");
System.out.println(clazz.getName());
Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
for (Method m : declaredMethods) {
System.out.println(" " + m.getName());
}
}
}
小总结
对于方法的操作，都是基于ClassVisitor.visitMethod()方法来实现的：
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions);
与字段操作类似，对于方法来说，可以进行的操作也有三种类型：
- 修改现有的方法。
- 删除已有的方法。
- 添加新的方法。
我们不推荐“删除已有的方法”，因为这可能会引起方法调用失败，从而导致程序报错。
另外，对于“修改现有的方法”，我们不建议修改方法的名称、方法的类型（接收参数的类型和返回值的类型），因为别的地方可能会对该方法进行调用，修改了方法名或方法的类型，就会使方法调用失败。但是，我们可以“修改现有方法”的“方法体”，也就是方法的具体实现代码。
总结
本文主要是使用ClassReader类进行Class Transformation的代码示例进行介绍，内容总结如下：
- 第一点，类层面的信息，例如，类名、父类、接口等，可以通过ClassVisitor.visit()方法进行修改。
- 第二点，字段层面的信息，例如，添加新字段、删除已有字段等，可能通过ClassVisitor.visitField()方法进行修改。
- 第三点，方法层面的信息，例如，添加新方法、删除已有方法等，可以通过ClassVisitor.visitMethod()方法进行修改。
但是，对于方法层面来说，还有一个重要的方面没有涉及，也就是对于现有方法里面的代码进行修改，我们在后续内容中会有介绍。
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