一、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




android Qzone插桩 android插桩测试_字节码


android Qzone插桩 android插桩测试_android Qzone插桩_02


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。

二、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。


android Qzone插桩 android插桩测试_java_03


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。

三、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


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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。


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因此,我们可以在AS中加入:


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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??? *

* 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