為什么選擇 ASM？

直接的改造 Java 類的方法莫過(guò)于直接改寫(xiě) class 文件。Java 規(guī)范詳細(xì)說(shuō)明了class 文件的格式，直接編輯字節(jié)碼確實(shí)可以改變 Java 類的行為。直到，還有一些 Java 高手們使用原始的工具，如 UltraEdit 這樣的編輯器對(duì) class 文件動(dòng)手術(shù)。是的，這是直接的方法，但是要求使用者對(duì) Java class 文件的格式了熟于心：小心地推算出想改造的函數(shù)相對(duì)文件首部的偏移量，同時(shí)重新計(jì)算 class 文件的校驗(yàn)碼以通過(guò) Java 虛擬機(jī)的安全機(jī)制。

Java 5 中提供的 Instrument 包也可以提供類似的功能：?jiǎn)��?dòng)時(shí)往 Java 虛擬機(jī)中掛上一個(gè)用戶定義的 hook 程序，可以在裝入特定類的時(shí)候改變特定類的字節(jié)碼，從而改變?cè)擃惖男袨椤５�是其缺點(diǎn)也是明顯的：

    Instrument 包是在整個(gè)虛擬機(jī)上掛了一個(gè)鉤子程序，每次裝入一個(gè)新類的時(shí)候，都必須執(zhí)行一遍這段程序，即使這個(gè)類不需要改變。
    直接改變字節(jié)碼事實(shí)上類似于直接改寫(xiě) class 文件，無(wú)論是調(diào)用 ClassFileTransformer. transform(ClassLoader loader， String className， Class classBeingRedefined， ProtectionDomain protectionDomain， byte[] classfileBuffer)，還是 Instrument.redefineClasses(ClassDefinition[] definitions)，都必須提供新 Java 類的字節(jié)碼。也是說(shuō)，同直接改寫(xiě) class 文件一樣，使用 Instrument 也必須了解想改造的方法相對(duì)類首部的偏移量，才能在適當(dāng)?shù)奈恢蒙喜迦胄碌拇�碼。

盡管 Instrument 可以改造類，但事實(shí)上，Instrument 更適用于監(jiān)控和控制虛擬機(jī)的行為。

一種比較理想且流行的方法是使用 java.lang.ref.proxy。我們?nèi)耘f使用上面的例子，給 Account 類加上 checkSecurity 功能:

首先，Proxy 編程是面向接口的。下面我們會(huì)看到，Proxy 并不負(fù)責(zé)實(shí)例化對(duì)象，和 Decorator 模式一樣，要把 Account 定義成一個(gè)接口，然后在 AccountImpl 里實(shí)現(xiàn) Account 接口，接著實(shí)現(xiàn)一個(gè) InvocationHandler Account 方法被調(diào)用的時(shí)候，虛擬機(jī)都會(huì)實(shí)際調(diào)用這個(gè) InvocationHandler 的 invoke 方法：

 class SecurityProxyInvocationHandler implements InvocationHandler {         private Object proxyedObject;         public SecurityProxyInvocationHandler(Object o) {                 proxyedObject = o;         }                          public Object invoke(Object object， Method method， Object[] arguments)                 throws Throwable {                                       if (object instanceof Account && method.getName().equals("opertaion")) {                         SecurityChecker.checkSecurity();                 }                 return method.invoke(proxyedObject， arguments);         } }                

后，在應(yīng)用程序中指定 InvocationHandler 生成代理對(duì)象：

 public static void main(String[] args) {         Account account = (Account) Proxy.newProxyInstance(                 Account.class.getClassLoader()，                 new Class[] { Account.class }，                 new SecurityProxyInvocationHandler(new AccountImpl())         );         account.function(); }         

其不足之處在于：

    Proxy 是面向接口的，所有使用 Proxy 的對(duì)象都必須定義一個(gè)接口，而且用這些對(duì)象的代碼也必須是對(duì)接口編程的：Proxy 生成的對(duì)象是接口一致的而不是對(duì)象一致的：例子中 Proxy.newProxyInstance 生成的是實(shí)現(xiàn) Account 接口的對(duì)象而不是 AccountImpl 的子類。這對(duì)于軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其對(duì)于既有軟件系統(tǒng)是有一定掣肘的。
    Proxy 畢竟是通過(guò)反射實(shí)現(xiàn)的，必須在效率上付出代價(jià)：有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，調(diào)用反射比一般的函數(shù)開(kāi)銷至少要大 10 倍。而且，從程序?qū)崿F(xiàn)上可以看出，對(duì) proxy class 的所有方法調(diào)用都要通過(guò)使用反射的 invoke 方法。因此，對(duì)于性能關(guān)鍵的應(yīng)用，使用 proxy class 是需要精心考慮的，以避免反射成為整個(gè)應(yīng)用的瓶頸。

ASM 能夠通過(guò)改造既有類，直接生成需要的代碼。增強(qiáng)的代碼是硬編碼在新生成的類文件內(nèi)部的，沒(méi)有反射帶來(lái)性能上的付出。同時(shí)，ASM 與 Proxy 編程不同，不需要為增強(qiáng)代碼而新定義一個(gè)接口，生成的代碼可以覆蓋原來(lái)的類，或者是原始類的子類。它是一個(gè)普通的 Java 類而不是 proxy 類，甚至可以在應(yīng)用程序的類框架中擁有自己的位置，派生自己的子類。

相比于其他流行的 Java 字節(jié)碼操縱工具，ASM 更小更快。ASM 具有類似于 BCEL 或者 SERP 的功能，而只有 33k 大小，而后者分別有 350k 和 150k。同時(shí)，同樣類轉(zhuǎn)換的負(fù)載，如果 ASM 是 60% 的話，BCEL 需要 700%，而 SERP 需要 1 或者更多。

ASM 已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于一系列 Java 項(xiàng)目：AspectWerkz、AspectJ、BEA WebLogic、IBM AUS、OracleBerkleyDB、Oracle TopLink、Terracotta、RIFE、EclipseME、Proactive、Speedo、Fractal、EasyBeans、BeanShell、Groovy、Jamaica、CGLIB、dynaop、Cobertura、JDBCPersistence、JiP、SonarJ、Substance L&F、Retrotranslator 等。Hibernate 和 Spring 也通過(guò) cglib，另一個(gè)更高層一些的自動(dòng)代碼生成工具使用了 ASM。

Java 類文件概述

所謂 Java 類文件，是通常用 javac 編譯器產(chǎn)生的 .class 文件。這些文件具有嚴(yán)格定義的格式。為了更好的理解 ASM，首先對(duì) Java 類文件格式作一點(diǎn)簡(jiǎn)單的介紹。Java 源文件經(jīng)過(guò) javac 編譯器編譯之后，將會(huì)生成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制文件（如下圖所示）。每個(gè)合法的 Java 類文件都具備精確的定義，而正是這種精確的定義，才使得 Java 虛擬機(jī)得以正確讀取和解釋所有的 Java 類文件。

圖 2. ASM – Javac 流程

Java 類文件是 8 位字節(jié)的二進(jìn)制流。數(shù)據(jù)項(xiàng)按順序存儲(chǔ)在 class 文件中，相鄰的項(xiàng)之間沒(méi)有間隔，這使得 class 文件變得緊湊，減少存儲(chǔ)空間。在 Java 類文件中包含了許多大小不同的項(xiàng)，由于每一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)都有嚴(yán)格規(guī)定，這使得 class 文件能夠從頭到尾被順利地解析。下面讓我們來(lái)看一下 Java 類文件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以便對(duì)此有個(gè)大致的認(rèn)識(shí)。

例如，一個(gè)簡(jiǎn)單的 Hello World 程序：

 public class HelloWorld {         public static void main(String[] args) {                 System.out.println("Hello world");         } }