ASM 系列详细教程-02-ASM 整体概览

秒速五厘米 2023-06-24 10:24 12阅读 0赞

# 动机 #

程序分析，生成和转换是有用的技术，可以在许多情况下使用：

## 程序分析 ##

范围从简单的语法分析到完整的语义分析，可用于查找应用程序中的潜在错误，检测未使用的代码，反向工程代码等。

## 在编译器中使用程序生成。 ##

其中包括传统的编译器，还有用于分布式编程的存根或骨架编译器，即时编译器等

## 程序转换可用于优化或混淆程序， ##

将调试或性能监控代码插入应用程序，用于面向方面的编程等

所有这些技术都可以用于任何编程语言，但这或多或少容易实现，具体取决于语言。

对于Java，它们可以在Java源代码或已编译的Java类上使用。

处理已编译类的优点之一是，显然，不需要源代码。

因此，程序转换可用于任何应用程序，包括封闭源代码和商业应用程序。

处理已编译代码的另一个优点是，可以在将类加载到Java虚拟机中之前在运行时分析，生成或转换类（可以在运行时生成和编译源代码，但这确实很慢，并且需要完整的Java编译器）。

优点是存根编译器（stub compilers）或Aspect Weaver等工具对用户透明。

由于程序分析，生成和转换技术的许多可能用法，因此已经为许多语言（包括Java）实现了许多用于分析，生成和转换程序的工具。

# ASM 的作用 #

ASM是Java语言的其中一种工具，旨在用于运行时（但也可以脱机）类生成和转换。

因此，ASM库被设计为在编译的Java类上工作。

## 尽可能的小 ##

它还被设计为尽可能快和尽可能小。

为了不减慢速度，尽可能快是很重要的在运行时使用ASM进行动态类生成或转换的应用程序过多。

为了在内存受限的环境中使用，并避免过大的膨胀，尽可能地小非常重要。

使用ASM的小型应用程序或库的大小。

## 其他作用 ##

ASM不是生成和转换已编译Java的唯一工具类，但是它是最新且有效的类之一。

可以下载来自http://asm.objectweb.org。

其主要优点如下：

它具有简单易用，设计良好的模块化API。

*  有据可查，并且具有关联的Eclipse插件。
 *  它支持最新的Java版本Java 7。
 *  它体积小，速度快并且非常坚固。
 *  其庞大的用户社区可以为新用户提供支持。
 *  其开源许可证允许您以几乎任何所需的方式使用它。

# 概览 #

## Scope ##

ASM库的目标是生成，转换和分析以字节数组表示的已编译Java类（因为它们存储在磁盘上并已加载到Java虚拟机中）。

为此，ASM提供了使用比字节更高的概念来读取，写入和转换此类字节数组的工具，例如数字常量，字符串，Java标识符，Java类型，Java类  
结构元素等

请注意，ASM库的范围严格限于读取，编写，转换和分析类。

特别是，类加载过程超出了范围。

## Model ##

ASM库提供了两个用于生成和转换已编译类的API：

核心API提供基于事件的类表示，而树API提供基于对象的表示。

在基于事件的模型中，一个类由一系列事件表示，每个事件代表该类的元素，例如其标题，字段，方法声明，指令等。

基于事件的API定义了可能的事件集以及它们必须发生的顺序，并提供了一个类解析器，该类解析器为每个被解析的元素生成一个事件，以及一个类编写器，从这些事件的序列中生成已编译的类。

在基于对象的模型中，用对象树表示一个类，每个对象代表该类的一部分，例如类本身，字段，方法，指令等，每个对象都具有对这些对象的引用。 代表其成分。

基于对象的API提供了一种将表示类的事件序列转换为表示对象的对象树的方法。

相同的类，反之亦然，将对象树转换为等效的事件序列。

换句话说，基于对象的API建立在事件之上基于API。

### 二者的关系 ###

这两个API可以与XML文档的简单API（SAX）和文档对象模型（DOM）API进行比较：

基于事件的API与SAX相似，而基于对象的API与DOM类似。

基于对象的API建立在基于事件的API之上，就像可以在SAX之上提供DOM一样。

ASM提供这两种API，因为没有最佳的API。

### 优缺点 ###

实际上，每个API都有自己的优点和缺点：

与基于对象的API相比，**基于事件的API更快，并且所需的内存更少**，因为不需要创建并在内存中存储代表该类的对象树（SAX和DOM之间也存在相同的区别）。

但是，使用基于事件的API来实现类转换可能会更加困难，因为在任何给定时间只有该类的一个元素（与当前事件相对应的元素）才可用，而整个类都可以在基于对象的内存中使用 API。

请注意，这两个API一次仅管理一个类，而与其他API无关：

不维护有关类层次结构的信息，并且如果类转换影响其他类，则由用户决定是否修改这些其他类。

# Architecture #

ASM应用程序具有强大的体系结构方面。

实际上，基于事件的API是围绕事件生成器（类解析器），事件使用者（类编写器）和各种预定义的事件过滤器组织的，可以向其中添加用户定义的生产者，使用者和过滤器。

因此，使用此API分为两个步骤：

（1）将事件产生器，过滤器和使用者组件组装成可能复杂的架构，

（2）然后启动事件生产者以运行生成或转换过程。

基于对象的API也具有体系结构方面：

确实可以构成对对象树进行操作的类生成器或转换器组件，它们之间的链接表示转换的顺序。

![image][]

# 组织信息 #

ASM库组织在几个软件包中，这些软件包分布在多个jar文件：

*  org.objectweb.asm和org.objectweb.asm.signature

包定义基于事件的API，并提供类解析器和编写器组件。

它们包含在asm.jar存档中。

asm-util.jar存档中的org.objectweb.asm.util包，提供了基于核心API的各种工具，这些工具可以在ASM应用程序的开发和调试。

*  org.objectweb.asm.commons

包提供了几个有用的预定义类转换器，主要基于核心API。

它包含在asm-commons.jar存档中。

*  asm-tree.jar

存档中的org.objectweb.asm.tree包，定义基于对象的API，并提供在基于事件和基于对象的表示形式。

*  org.objectweb.asm.tree.analysis

包提供类分析框架和几个基于树的预定义类分析器API。

它包含在asm-analysis.jar存档中。

# 文档划分 #

本文档分为两部分。

第一部分介绍了核心API，即asm，asm-util和asm-commons存档。 第二部分介绍了树API，即asm-tree和asm-analysis存档。

每一部分至少包含一章与类相关的API，一章与方法相关的API，以及一章与注释，泛型等相关的API。

每章均涵盖编程接口以及相关工具和预定义的组件。

所有示例的源代码都可以在ASM网站上找到。

这种组织结构使逐步引入类文件功能变得容易，但有时需要将单个ASM类的表示形式分散在几个部分中。

因此，建议按顺序阅读本文档。

# 整体时序图 #

![整体时序图][format_png]

# AOP 技术对比 #

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">AOP 底层技术</th> 
   <th align="left">功能</th> 
   <th align="left">性能</th> 
   <th align="left">面向接口编程</th> 
   <th align="left">编程难度</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">直接改写 class 文件</td> 
   <td align="left">完全控制类</td> 
   <td align="left">无明显性能代价</td> 
   <td align="left">不要求 高，要求对 class 文件结构和 Java 字节码有深刻了解</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">JDK Instrument</td> 
   <td align="left">完全控制类</td> 
   <td align="left">无论是否改写，每个类装入时都要执行 hook</td> 
   <td align="left">程序 不要求 高，要求对 class 文件结构和 Java 字节码有深刻了解</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">JDK Proxy</td> 
   <td align="left">只能改写 method</td> 
   <td align="left">反射引入性能代价</td> 
   <td align="left">要求 低</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">ASM</td> 
   <td align="left">几乎能完全控制类</td> 
   <td align="left">无明显性能代价</td> 
   <td align="left">不要求 中，能操纵需要改写部分的 Java 字节码</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 拓展阅读 #

更多技术文章，生活趣事，尽在【老马啸西风】。

![老马啸西风][format_png 1]

# 参考文档 #

[https://asm.ow2.io/asm4-guide.pdf][https_asm.ow2.io_asm4-guide.pdf]

[image]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91c2VyLWltYWdlcy5naXRodWJ1c2VyY29udGVudC5jb20vMTgzNzU3MTAvNzAxOTkzMjctNTUwYmEwMDAtMTc0Yy0xMWVhLTk2MTEtMTM1ZGFmYzY2MmJlLnBuZw?x-oss-process=image/format,png
[format_png]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly93d3cuaWJtLmNvbS9kZXZlbG9wZXJ3b3Jrcy9jbi9qYXZhL2otbG8tYXNtMzAvZmlnMDA0LmpwZw?x-oss-process=image/format,png
[format_png 1]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91c2VyLWltYWdlcy5naXRodWJ1c2VyY29udGVudC5jb20vMTgzNzU3MTAvNzEzMDU1MDItM2Q5ZDBhMDAtMjQxMC0xMWVhLThjYjEtZGE2MGE1ODQ3ODViLmpwZw?x-oss-process=image/format,png
[https_asm.ow2.io_asm4-guide.pdf]: https://asm.ow2.io/asm4-guide.pdf