java 바이트 프레임워크 ASM의 깊이 있는 학습

1. ASM
ASM은 자바 바이트 코드 조종 프레임워크로 동적 생성 클래스나 기존 클래스의 기능을 강화하는 데 사용된다.ASM은 바이너리class 파일을 직접 만들 수도 있고, 클래스가 자바 가상 시스템에 불러오기 전에 클래스 행동을 동적으로 바꿀 수도 있다.Java class는 엄격한 형식으로 정의된 에 저장됩니다.class 파일에서 이 클래스 파일들은 클래스의 모든 요소를 해석할 수 있는 충분한 메타데이터를 가지고 있습니다. 클래스 이름, 방법, 속성, 자바 바이트 코드 (지령) 입니다.ASM은 클래스 파일에서 정보를 읽으면 클래스 행동을 바꾸고 클래스 정보를 분석하며 사용자의 요구에 따라 새로운 클래스를 생성할 수 있다.
ASM 프레임워크를 사용하려면 asm의jar 패키지를 가져오고 링크를 다운로드해야 합니다: asm-3.2.jar.
2. ASM 사용 방법
ASM 프레임의 핵심 클래스는 다음과 같습니다.
① ClassReader: 이 클래스는 컴파일된class 바이트 파일을 해석하는 데 사용됩니다.
② ClassWriter: 이 클래스는 컴파일된 클래스를 재구성하는 데 사용된다. 예를 들어 클래스 이름, 속성, 방법을 수정하고 새로운 클래스의 바이트 파일을 생성할 수 있다.
③ ClassAdapter: 이 클래스는 ClassVisitor 인터페이스를 구현하고 그 방법에 대한 호출을 다른 ClassVisitor 대상에 의뢰합니다.
예제 1.asm를 통해 클래스 바이트 코드 생성

package com.asm3;

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

/**
 *  asm 
 * @author Administrator
 *
 */
public class GeneratorClass {

 public static void main(String[] args) throws IOException {
 // ClassWriter 
 ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
 // visit 
 cw.visit(Opcodes.V1_5, Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_ABSTRACT+Opcodes.ACC_INTERFACE,
  "com/asm3/Comparable", null, "java/lang/Object", new String[]{"com/asm3/Mesurable"});
 // 
 cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,
  "LESS", "I", null, new Integer(-1)).visitEnd();
 cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,
  "EQUAL", "I", null, new Integer(0)).visitEnd();
 cw.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_FINAL+Opcodes.ACC_STATIC,
  "GREATER", "I", null, new Integer(1)).visitEnd();
 // 
 cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_ABSTRACT, "compareTo",
  "(Ljava/lang/Object;)I", null, null).visitEnd();
 cw.visitEnd(); // cw 
 // cw 
 byte[] data = cw.toByteArray();
 File file = new File("D://Comparable.class");
 FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);
 fout.write(data);
 fout.close();
 }
}

클래스를 생성하는 바이트 파일은 ClassWriter 클래스만 사용하면 됩니다. 생성Comparable.class 후 자바 명령으로 역컴파일합니다. javap -c Comparable.class >test.txt , 컴파일된 결과는 다음과 같습니다.

public interface com.asm3.Comparable extends com.asm3.Mesurable {
 public static final int LESS;

 public static final int EQUAL;

 public static final int GREATER;

 public abstract int compareTo(java.lang.Object);
}

주: 컴파일된 자바 클래스는 패키지와import 세그먼트를 포함하지 않기 때문에class 파일에서 모든 형식이 전체 경로를 사용합니다.
예 2.클래스 바이트 파일 수정
C.java

package com.asm5;

public class C {
 public void m() throws InterruptedException{
 Thread.sleep(100); 
 }
}

C.java 클래스의 내용을 다음과 같이 변경합니다.

package com.asm5;

public class C {
 public static long timer;
 public void m() throws InterruptedException{
 timer -= System.currentTimeMillis();
 Thread.sleep(100); 
 timer += System.currentTimeMillis();
 }
}

ASM이 어떻게 실현되는지 알기 위해서 우리는 먼저 이 두 종류를 컴파일한 다음에 그것들에 대한 TraceClassVisitor의 출력을 비교하여 다음과 같은 차이를 발견할 수 있다(굵은 표시)
GETSTATIC C.timer : J
INVOKESTATIC java/lang/System.currentTimilis()J
LSUB
PUTSTATIC C.timer : J
LDC 100
INVOKESTATIC java/lang/Thread.sleep(J)V
GETSTATIC C.timer : J
INVOKESTATIC java/lang/System.currentTimilis()J
LADD
PUTSTATIC C.timer : J
RETURN
MAXSTACK=4
MAXLOCALS=1
위의 지령을 비교해 보면 m() 방법의 맨 앞에 네 개의 지령을 추가해야 하고, RETURN 지령 전에도 네 개의 지령을 추가해야 하며, 이 네 개의 지령은 xRETURN과 ATHROW 앞에 있어야 한다. 왜냐하면 이 지령들은 모두 방법의 집행을 끝내기 때문이다.
구체적인 코드는 다음과 같습니다.
AddTimeClassAdapter.java

package com.asm5;

import org.objectweb.asm.ClassAdapter;
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.FieldVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodAdapter;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

public class AddTimeClassAdapter extends ClassAdapter {
 private String owner;
 private boolean isInterface;
 public AddTimeClassAdapter(ClassVisitor cv) {
 super(cv);
 }
 @Override
 public void visit(int version, int access, String name, String signature,
  String superName, String[] interfaces) {
 cv.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces);
 owner = name;
 isInterface = (access & Opcodes.ACC_INTERFACE) != 0;
 }
 @Override
 public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc,
  String signature, String[] exceptions) {
 MethodVisitor mv = cv.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);
 if(!name.equals("<init>") && !isInterface && mv!=null){
  // 
  mv = new AddTimeMethodAdapter(mv);
 }
 return mv;
 }
 @Override
 public void visitEnd() {
 // 
 if(!isInterface){
  FieldVisitor fv = cv.visitField(Opcodes.ACC_PUBLIC+Opcodes.ACC_STATIC, "timer", "J", null, null);
  if(fv!=null){
  fv.visitEnd();
  }
 }
 cv.visitEnd();
 }
 
 class AddTimeMethodAdapter extends MethodAdapter{
 public AddTimeMethodAdapter(MethodVisitor mv) {
  super(mv);
 }
 @Override
 public void visitCode() {
  mv.visitCode();
  mv.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, owner, "timer", "J");
  mv.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J");
  mv.visitInsn(Opcodes.LSUB);
  mv.visitFieldInsn(Opcodes.PUTSTATIC, owner, "timer", "J");
 }
 @Override
 public void visitInsn(int opcode) {
  if((opcode>=Opcodes.IRETURN && opcode<=Opcodes.RETURN) || opcode==Opcodes.ATHROW){
  mv.visitFieldInsn(Opcodes.GETSTATIC, owner, "timer", "J");
  mv.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J");
  mv.visitInsn(Opcodes.LADD);
  mv.visitFieldInsn(Opcodes.PUTSTATIC, owner, "timer", "J");
  }
  mv.visitInsn(opcode);
 }
 @Override
 public void visitMaxs(int maxStack, int maxLocal) {
  mv.visitMaxs(maxStack+4, maxLocal);
 }
 }
 
}

Generator.java

package com.asm5;

import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

import org.objectweb.asm.ClassAdapter;
import org.objectweb.asm.ClassReader;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;



public class Generator {

 public static void main(String[] args){
 try {
  ClassReader cr = new ClassReader("com/asm5/C");
  ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);
  ClassAdapter classAdapter = new AddTimeClassAdapter(cw);
  // Java ClassReader
  cr.accept(classAdapter, ClassReader.SKIP_DEBUG);
  byte[] data = cw.toByteArray();
  File file = new File(System.getProperty("user.dir") + "\\WebRoot\\WEB-INF\\classes\\com\\asm5\\C.class");
  FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);
  fout.write(data);
  fout.close();
  System.out.println("success!");
 } catch (FileNotFoundException e) {
  e.printStackTrace();
 } catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
 }
 }

}

다음은 테스트 클래스입니다.

package com.asm5;

public class Test {
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException, NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
 C c = new C();
 c.m();
 Class cc = c.getClass();
 System.out.println(cc.getField("timer").get(c));
 }
}

출력 결과: 100
총결산
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