ASM框架(一)初探

1. ASM简介

ASM是被设计用于运行时的,离线的类生成和转换,作用于已编译好的Java class,并且被设计的尽可能的小巧快速,其目的是生成、转换和分析以字节数组表示的已编译 Java 类(它们在磁盘中的存储 和在 Java 虚拟机中的加载都采用这种字节数组形式)。为此,ASM 提供了一些工具,使用高于字节级别的概念来读写和转换这种字节数组,这些概念包括数值常数、字符串、Java 标识符、Java 类型、Java 类结构元素,等等。注意,ASM 库的范围严格限制于类的读、写、转换和分析。具体来说,类的加载过程就超出了它的范围之外。

2. 模型

ASM提供了两种API模型,用来操作Class文件,一种是核心API,基于事件来表示类,另一种是树API,以基于对象的形式表示类。基于对象的 API 构建在基于事件的 API 之上。这两个API可以类比于Java中两种处理XML的框架,SAX和DOM,基于事件的类似于SAX,基于对象的类似于DOM。

基于事件的API,采用的设计模式中经典的访问者模式,后续会主要介绍核心API,详细描述这一部分基于事件的API的使用,这里做概括性的说明,ASM在解析Class文件过程中,会把每个遇到的类元素,如限定符,常量池,一个字段,一个方法,注解等等转换一个一个事件,基于事件发生的顺序来调用访问者类,并且还提供了一个类写入器(特殊的访问者类),由这些事件再次生成编译后的类。

对基于对象的API感兴趣,可以通过官方文档来学习 asm4-guide.pdf

本文的内容也大多来自于翻译官方文档和官方例子

3. 基本体系结构

对于基于事件的 API, 其组织结构是围绕事件生成器(类分析器)、事件使用器(类写入器)和各种预定义的事件筛选 器进行的,在这一结构中可以添加用户定义的生成器、使用器和筛选器。因此,这一 API 的使 用分为两个步骤:

  1. 将事件生成器(ClassReader)、筛选器和使用器组件(各种XXXVisitor类及其子类)组装为可能很复杂的体系结构,
  2. 然后启动事件生成器,以执行生成或转换过程。

类似于 如下所示的复杂体系结构,其中的箭头表示在类分析器、写入器或转换器之间进行的基于事件或 基于对象的通信,在整个链中的任何位置,都可能会在基于事件与基于对象的表示之间进行转换:


image.png

4. 源码以及包结构

  • 项目官网
    https://asm.ow2.io/
  • 源码地址
    https://gitlab.ow2.org/asm/asm
  • 包结构
    ASM库主要由分布在若干个jar文件中的包构成
    1. org.objectweb.asm 和 org.objectweb.asm.signature 包提供了基于事件的API,并且提供了类解析和写入组件,它们都包含在asm.jar中
    2. org.objectweb.asm.util 包,包含在asm-util.jar中,提供很多了基于核心API的工具,这些工具可以用来开发和调试ASM应用
    3. org.objectweb.asm.commons 包,提供了一些有用的预定义的类转换器,大部分是基于核心API
    4. the asm-tree.jar 中的org.objectweb.asm.tree package 包,提供了基于对象的API,并且,提供了“基于事件表示方式”和"基于对象表示方式"之间转换的工具
    5. org.objectweb.asm.tree.analysis 包 提供了类分析框架,以及一些基于树API的预定义好的类分析器,它们在asm-analysis.jar中

5. 相关文章(创作中)

1.核心API 之类处理

  • Class文件结构
  • JVM内部类型描述符,方法描述
  • 类的转换,一些官方工具

2. 核心API 之方法处理

前置知识
  • JVM方法执行模型
  • 字节码指令
方法处理
  • 方法接口与组件
  • 方法生成与转换
  • 一些方法工具

3. 核心API 之元数据处理

  • 泛型
  • 注解

4. 用ASM监控方法执行次数与时间

  • 提供一些例子,用来实践ASM

5. 从 JVM-SandBox看ASM框架实战应用

  • JVM-Sandbox 简介
  • Attach 机制和插桩
  • JVM-Sandbox 间谍类和AOP增强模型
  • Sandbox 字节码织入细节
  • Sandbox 源码剖析和事件处理流程分析
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