曹工说Spring Boot源码(24)-- Spring注解扫描的瑞士军刀,asm技术实战(上)

转载 三国梦回 2020/3/26 12:12:14

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工程代码地址 思维导图地址

工程结构图:

概要

上一篇,我们讲了spring是怎么获取class上的注解,以及注解的元注解的。在注解大行其道的今天,理解这些相对底层一点的知识,是绝对有必要的。另外,在上一讲中,我们提到了,spring其实最终也是利用ASM去读取注解的,其中,还使用了访问者设计模式。

访问者设计模式有效地分离了对数据的访问和和对数据的操作,因为class结构是很固定的,所以,visitor模式就尤其适合。在访问到特定数据时,就回调应用注册的回调方法。ASM基本上就是在visitor这个设计模式的基础上建立起来的。

今天,我们的主题有两个,1是简单地了解下ASM,2是投入实战,看看要怎么去利用ASM + java的Intrumentation机制,来在java启动时,就去修改class,实现简单的aop功能。

本篇覆盖第一个主题,下一个主题留带下一篇(demo已经ok了)。

ASM的核心之读取功能

我们目的是读取以下测试类上的注解和所有的方法的名称。

以下代码demo见:https://gitee.com/ckl111/all-simple-demo-in-work/tree/master/asm-demo/src/main/java/com/yn/onlyvisit

  1. 测试类

    package com.yn.onlyvisit;
    @CustomAnnotationOnClass
    public class Person {
    private String name;
    private int age;
    
    public String getName() {
        return name;
    }
    
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    public int getAge() {
        return age;
    }
    
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    
    }
    @Documented
    @Target(ElementType.TYPE)
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    public @interface CustomAnnotationOnClass {
    }
    
  2. 定义classVisitor,里面实现visitor的回调方法

    package com.yn.onlyvisit;
    import org.objectweb.asm.*;
    import org.objectweb.asm.commons.AdviceAdapter;
    import org.objectweb.asm.commons.AnalyzerAdapter;
    import org.objectweb.asm.util.ASMifier;
    import org.objectweb.asm.util.Textifier;
    import org.objectweb.asm.util.TraceMethodVisitor;
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    public class MyClassVistor extends ClassVisitor {
    private List<String> methodList =  new ArrayList<>();
    private List<String> annotationOnClass =  new ArrayList<>();
    public MyClassVistor() {
    super(Opcodes.ASM6);
    }
    @Override
    public MethodVisitor visitMethod(int access, String name,
                                     String desc, String signature,
                                     String[] exceptions) {
        //每访问到一个方法,加入到field中
        System.out.println(&quot;visitMethod: &quot; + name);
        methodList.add(name);
    
        return super.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);
    }
    
    @Override
    public AnnotationVisitor visitAnnotation(String descriptor, boolean visible) {
        // 访问到类上注解,加入field
        annotationOnClass.add(descriptor);
        return super.visitAnnotation(descriptor, visible);
    }
    
    @Override
    public FieldVisitor visitField(int access, String name, String descriptor, String signature, Object value) {
        System.out.println(&quot;field:&quot; + name);
        return super.visitField(access, name, descriptor, signature, value);
    }
    
    public List&lt;String&gt; getMethodList() {
        return methodList;
    }
    
    public List&lt;String&gt; getAnnotationOnClass() {
        return annotationOnClass;
    }
    
    }
    
  3. 测试代码

    import org.objectweb.asm.ClassReader;
    import java.io.IOException;
    import java.util.List;
    public class TestClassVisit {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
    // 使用classreader读取目标类
    ClassReader classReader = new ClassReader("com.yn.onlyvisit.Person");
    // new一个visitor
    MyClassVistor classVisitor = new MyClassVistor();
    // 传入classreader
    classReader.accept(classVisitor,ClassReader.SKIP_DEBUG);
    // 此时,目标类已经读取完毕,我们可以打印看看效果
    List<String> methodList = classVisitor.getMethodList();
    System.out.println(methodList);
    System.out.println(classVisitor.getAnnotationOnClass());
    }
    }

    输出如下:

    field:name
    field:age
    visitMethod:
    visitMethod: getName
    visitMethod: setName
    visitMethod: getAge
    visitMethod: setAge
    [, getName, setName, getAge, setAge]
    [Lcom/yn/onlyvisit/CustomAnnotationOnClass;]

ASM的核心之生成全新class

案例讲解

注意,我们限定的是,生成全新的class,为什么限定这么死,因为还有一种是,在已经存在的类的基础上,修改class。

生成全新class的场景也是常见的,比如cglib底层就使用了asm,代理类是动态生成的,对吧?虽然我还没验证,但基本就是目前要讲的这种场景。

还有就是,fastjson里也用了asm,至于里面是否是生成全新class,留带验证。

asm的官方文档,有下面这样一个例子。

目标类如下,我们的目标,就是生成这样一个类的class:

package pkg;
public interface Comparable extends Mesurable {
int LESS = -1;
int EQUAL = 0;
int GREATER = 1;
int compareTo(Object o);
}

我们只需要如下几行代码,即可完成该目标。

package com.yn.classgenerate;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import java.io.*;
import java.lang.reflect.Field;
import static org.objectweb.asm.Opcodes.*;
public class TestClassWriter {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
cw.visit(V1_7, ACC_PUBLIC + ACC_ABSTRACT + ACC_INTERFACE,
"pkg/Comparable", null, "java/lang/Object",
null);
cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_FINAL + ACC_STATIC, "LESS", "I",
null, new Integer(-1)).visitEnd();
cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_FINAL + ACC_STATIC, "EQUAL", "I",
null, new Integer(0)).visitEnd();
cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_FINAL + ACC_STATIC, "GREATER", "I",
null, new Integer(1)).visitEnd();
cw.visitMethod(ACC_PUBLIC + ACC_ABSTRACT, "compareTo",
"(Ljava/lang/Object;)I", null, null).visitEnd();
cw.visitEnd();
byte[] b = cw.toByteArray();
    File file = new File(&quot;F:\\gitee-ckl\\all-simple-demo-in-work\\asm-demo\\src\\main\\java\\com\\yn\\classgenerate\\Target.class&quot;);
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
    fos.write(b);
    fos.close();


}

}

执行上述代码,在指定位置,就会生成一个Target.class,反编译之后,如下:

ClassWriter初识

上面那个demo,是否够神奇?为什么这么神奇呢,核心都在ClassWriter这个类。

这个类,大家可以理解为,一个class文件包含了很多东西,对吧?常量池、field集合、method集合、注解、class名、实现的接口集合等等,这个classWriter呢,其中就有很多field,分别来存储这些东西。

注意的是,上图中,有些字段,比如firstField,为什么不是集合呢?按理说,一个class里很多field啊,因为,这里用了链表结构来存储field。我们看这个field上的注释。

/**
 * The fields of this class, stored in a linked list of {@link FieldWriter} linked via their
 * {@link FieldWriter#fv} field. This field stores the first element of this list.
 */
private FieldWriter firstField;

看到了吧,链表结构。

所以,ClassWriter,大家一定要好好理解,这个ClassWriter,主要的使用方法就是:提供给你一堆方法,你可以调用他们,来给里面的field设置东西,比如,你要设置类名,那你就调用:

cw.visit(V1_7, ACC_PUBLIC + ACC_ABSTRACT + ACC_INTERFACE,
        "pkg/Comparable", null, "java/lang/Object",
        null);

要加个field,那就这样:

cw.visitField(ACC_PUBLIC + ACC_FINAL + ACC_STATIC, "EQUAL", "I",
              null, new Integer(0)).visitEnd();

ClassWriter为啥要实现ClassVisitor

如小标题所言,ClassWriter是实现了ClassVisitor的。

public class ClassWriter extends ClassVisitor

前面我们说的那些,手动去调用的方法,也是来源于ClassVisitor的。

cw.visit(V1_7, ACC_PUBLIC + ACC_ABSTRACT + ACC_INTERFACE,
         "pkg/Comparable", null, "java/lang/Object",
         null);

该方法,来源于:

org.objectweb.asm.ClassVisitor#visit 
public void visit(
      final int version,
      final int access,
      final String name,
      final String signature,
      final String superName,
      final String[] interfaces) {
    if (cv != null) {
      cv.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces);
    }
  }

那么,接下来这段话,大家好好理解下:

前面的demo中,我们手动调用了ClassWriter的各种visit方法,去生成class;但是,我们又知道,ClassWriter的那些方法,来自于ClassVisitor,而:当我们向下面这样来编码的时候,ClassVisitor的方法会自动被调用(忘了的,往前翻到:ASM的核心之读取功能),那么,我们可以实现如下的class复制功能了:

package com.yn.classgenerate;
import org.objectweb.asm.ClassReader;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import static org.objectweb.asm.Opcodes.ASM4;
public class CopyClassVersion1 {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ClassReader classReader = new ClassReader("com.yn.classgenerate.CopyClass");
//1
ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
//2
classReader.accept(cw, 0);
byte[] b2 = cw.toByteArray();
    File file = new File(&quot;F:\\gitee-ckl\\all-simple-demo-in-work\\asm-demo\\src\\main\\java\\com\\yn\\classgenerate\\CopyClass2.class&quot;);
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
    fos.write(b2);
    fos.close();
}

}

这里的核心,就是要把classWriter,当成ClassVisitor,传递给ClassReader。

  1. 上述代码点1,此时,classWriter内部是空的,没法生成一个class
  2. 传递给classReader后,随着classReader不断去解析com.yn.classgenerate.CopyClass这个类,classWriter的各个visit方法,不断被回调,因此,com.yn.classgenerate.CopyClass的各类field、method等,不断被写入classWriter中,于是,复制就这样完成了。

ClassVisitor那些链式操作

前面那个复制class的操作中,classreader是直接回调classWriter的,我们其实也可以在中间横插一脚。

public class CopyClass {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ClassReader classReader = new ClassReader("com.yn.classgenerate.CopyClass");
        ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
    // cv forwards all events to cw
    ClassVisitor cv = new ClassVisitor(ASM4, cw) { };
    classReader.accept(cv, 0);
    byte[] b2 = cw.toByteArray();

    File file = new File(&quot;F:\\gitee-ckl\\all-simple-demo-in-work\\asm-demo\\src\\main\\java\\com\\yn\\classgenerate\\CopyClass2.class&quot;);
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
    fos.write(b2);
    fos.close();
}

}

在上面这个例子中,我们从classReader的下面这句开始看:

 classReader.accept(cv, 0);

那么,可以知道,classReader是去回调cv,那么cv是谁?

ClassVisitor cv = new ClassVisitor(ASM4, cw) { };

cv的构造函数里,传入了cw,cw呢,就是classwriter。

现在的链路是这样的:

classReader --> cv --> cw。

上面这个链路中,classReader肯定会回调cv,但是cv,怎么就确定它会当个二传手呢?

看看ClassVisitor的构造函数:

public ClassVisitor(final int api, final ClassVisitor classVisitor) {
    if (api < Opcodes.ASM4 || api > Opcodes.ASM6) {
      throw new IllegalArgumentException();
    }
    this.api = api;
    this.cv = classVisitor;
  }

其把ClassVisitor保存到了一个域:cv中。这个cv如何被使用呢?我们看看下面的方法:

org.objectweb.asm.ClassVisitor#visit  
public void visit(
      final int version,
      final int access,
      final String name,
      final String signature,
      final String superName,
      final String[] interfaces) {
if (cv != null) {
  cv.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces);
}

}
public AnnotationVisitor visitAnnotation(final String descriptor, final boolean visible) {
if (cv != null) {
return cv.visitAnnotation(descriptor, visible);
}
return null;
}

这就有意思了,如果cv不为null,就调用cv去处理,这就是个delegate啊,代理啊。

中间商搞鬼那些事

上面的demo中,cv简直是尽忠职守,自己在中间,丝毫不做什么事,就是一个称职的代理。但不是所有代理都需要这样,甚至是不鼓励这样。

官网中有个demo,如下所示,可以修改class的版本:

public class ChangeVersionAdapter extends ClassVisitor {
public ChangeVersionAdapter(ClassVisitor classVisitor) {
    super(ASM4, classVisitor);
}

@Override
public void visit(int version, int access, String name,
                  String signature, String superName, String[] interfaces) {
    cv.visit(V1_8, access, name, signature, superName, interfaces);
}

}

测试类:

public class TestChangeClassVersion {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ClassReader classReader = new ClassReader("com.yn.classgenerate.CopyClass");
        ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
    ClassVisitor cv = new ChangeVersionAdapter(cw) { };
    classReader.accept(cv, 0);
    byte[] b2 = cw.toByteArray();

    File file = new File(&quot;F:\\gitee-ckl\\all-simple-demo-in-work\\asm-demo\\src\\main\\java\\com\\yn\\classgenerate\\CopyClass2.class&quot;);
    FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
    fos.write(b2);
    fos.close();
}

}

官网还画了个图,贴心:

通过这样,classWriter中,版本号已经被改了,但它还被蒙在鼓里,可怜。

如果要删除字段、删除方法,怎么整

在ClassVisitor中,有几个特殊的方法:

主要就是这几个,你看他们的返回值,不太一样,是xxxVistor,和ClassVisitor有点像?那就对了。

我们看看fieldVisitor:

其结构和方法,都和ClassVisitor类似,也就是说,我们可以返回一个自定义的FieldVistor,然后,ASM框架,就会使用我们返回的这个FieldVisitor去visit我们的field的相关属性,回调fieldVisitor中的相关方法。

那,怎么删除呢?返回null。

这么简单吗,是的。

package com.yn.classgenerate;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import static org.objectweb.asm.Opcodes.ASM6;
// 该demo来自官网文档
public class RemoveMethodAdapter extends ClassVisitor {
private String mName;
private String mDesc;
public RemoveMethodAdapter(
        ClassVisitor cv, String mName, String mDesc) {
    super(ASM6, cv);
    this.mName = mName;
    this.mDesc = mDesc;
}

@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name,
                                 String desc, String signature, String[] exceptions) {
    if (name.equals(mName) &amp;&amp; desc.equals(mDesc)) {
        // 这样就可以了。
       // do not delegate to next visitor -&gt; this removes the method
        return null;
    }
    return cv.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);
}

}

总结

asm的基本操作大概如此,这些比较粗浅,下一讲我们会实现一个有用一点的东西,会结合java的instrument机制来讲。

大家要跟着我的demo一起来实践,https://gitee.com/ckl111/all-simple-demo-in-work/tree/master/asm-demo

这样才能学的劳。

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[曹工说Spring Boot源码(24)-- Spring注解扫描的瑞士军刀,asm技术实战(上)]http://www.zyiz.net/tech/detail-121715.html

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