> 首先，老手请绕道。 ![header](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/0c7b00566ac04c648712d727552d918a~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=1oSyLUlI1HRJortniHYB5sJvYnY%3D) 很久前点开了一篇 ASM 的文章，很长，不少陌生的术语，对彼时的我来说有点复杂，大概翻了翻后：噢，一个可以修改字节码的东西。厉害！但反正我用不上，便关掉了页面，往后我对 ASM 的认识一直停留于此。后来，工作学习中常听到 * Transform 接口废弃（尤其是 AGP 升级 7.0 那会） * 无痕埋点 * 插桩一直听说这些词，但却不明所以。好吧，是时候学习一下了。 ## 什么是"插桩"与 "AOP"？当我大概知道 ASM 是一个修改字节码的工具后，最让我好奇的不是怎么去使用它，反倒是大量出现在相关文章里的两个词——“插桩”、“AOP 切面编程”。我一直都有个疑问，为什么修改字节码叫作“插桩”而不是“插码”？AOP 切面编程又是什么意思？ ### 插桩 Instrumentation "插桩" 对应的英文是 "Instrumentation"，这个词是 Instrument 的变体/衍生词。 "Instrument" 是“仪器”、“仪表”的意思（比如飞机驾驶舱里的各种仪表盘） ![instrumentation.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/09455fda9310403daeb1b2083dd52249~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=i%2BSOQCdE5SwOXL1WBseI26DErRo%3D) 至于 "Instrumentation"，其本意是“**给……装上仪器**”这个动作。比如给工厂的管道装上压力计和温度计，以便于监控它的运行状态，这个过程就叫做 "Instrumentation"。这个词被软件行业借用过来，意思是：给“程序”装上“监控仪器”（也就是额外的代码），以便监控它的运行状态。那“插桩”又该怎么理解呢？ * “插”：插入，这个很好理解，修改字节码就是把代码“插”进入； * “桩”：桩子，木桩，其实就是上面“仪器”的隐喻，在编程里指的是我们插入的代码。想象一下，你现在是一个土木工程师，要测量一条河流的几个关键点的水位变化，或者要标记一块地的重要坐标。你会在这些关键点“插入一个个“桩子”（测量桩 / 标记桩）。在软件工程里，我们的“河流”就是程序的执行流。我们想要监控的“关键点”一般是： * 方法出/入口 * 一个循环的内部 * 异常被抛出的地方我们插入的代码，就像一个个“桩子”，被安插在这些关键点上，起到“测量”或“标记”的作用（比如：记录方法耗时、打印日志、上报分析数据）。 *** 那如果我疯了，我非要用书写字节码的方式来实现业务逻辑，比如判断用户输入的字符串是否为手机号，这个过程算不算“插桩”？从广义上说，算。但 "插桩" 这个词，它侧重强调的是插入代码的“目的”。"插桩" 插入的代码（那个“桩”），其目的不是为了实现业务逻辑，而是为了： * 监控 (Monitoring): 比如 APM 里的性能监控； * 调试 (Debugging): 比如打印日志； * 分析 (Analytics): 比如埋点上报； * 控制 (Control): 比如在方法执行前进行权限检查（AOP 的一种体现）；所以，"插桩" 特指那些为了“监控和测量”而插入的非业务代码。 ### AOP 切面编程 AOP 即“面向切面编程”，它是一种编程思想，就像 OOP 面向对象编程一样。我们先不纠结于“切面”这个词，它听起来和“插桩”一样抽象。我们先来看一个面向对象编程中很常见的“痛点”。我们都知道，面向对象的核心思想是“封装、继承、多态”。它允许我们将数据（属性）和操作这些数据的逻辑（方法）“封装”到一个“类”（Class）里。比如，下面定义一个 `Person` 类，它封装了 `name` 属性和 `eat()` 方法。然后再定义一个 `Student` 类，它继承自 `Person` 类，并封装了 `study()` 方法。 ```kotlin open class Person(val name: String) { fun eat() { println("$name 正在吃饭...") Thread.sleep(100) // 模拟吃饭耗时 } } class Student(name: String, val studentId: String) : Person(name) { fun study() { println("$name 正在学习...") Thread.sleep(200) // 模拟学习耗时 } } ``` `Person` 和 `Student` 之间形成了一条清晰的垂直继承链。`Student` 是一个 `Person`，它在 `Person` 的基础上“垂直”地构建了更具体的功能。简单来说，OOP 帮我们把系统拆分成了很多个“垂直”的模块（`User` 模块、`Order` 模块...）。每个模块各司其职，管理好自己的数据和业务逻辑即可。这在绝大多数情况下都是 OK 的，但总有一些“不合群”的逻辑，它们很难被归类到某一个具体的业务模块里。假设产品经理要求我们为这两个（将来可能还有几百个）方法添加耗时监控。不借助 AOP 我们很可能会这么写： ```diff open class Person(val name: String) { fun eat() { + val startTime = System.currentTimeMillis() println("$name 正在吃饭...") Thread.sleep(100) // 模拟吃饭耗时 + val duration = System.currentTimeMillis() - startTime + Log.d("PERF", "eat() 耗时: ${duration}ms") } } class Student(name: String, val studentId: String) : Person(name) { fun study() { + val startTime = System.currentTimeMillis() println("$name 正在学习...") Thread.sleep(200) // 模拟学习耗时 + val duration = System.currentTimeMillis() - startTime + Log.d("PERF", "study() 耗时: ${duration}ms") } } ``` “耗时监控”这个功能，它并不属于 `Person` / `Student` 的核心业务，但它却像牛皮癣一样，侵入并散落在了各个业务模块中。这导致了： 1. 代码重复：每个方法里都有一套几乎一样的模板代码。 2. 维护困难：如果现在想把日志从 `Log.d` 改成上报到服务器，得去修改所有地方。 3. 逻辑污染：`eat` 方法的核心职责本应只是“吃”，现在却被迫“关心”自己是如何被监控的。如果把面向对象 OOP 想象成盖大楼，`Person` 是 1 楼，`Student` 是 2 楼...（同一片土地上还有各种其他大楼）它们都是“垂直”的功能单元。那么“性能监控”、“日志打印”、“权限校验”这些功能，就像是大楼的“水电”或“消防”系统。它们需要“横跨”所有楼层，贯穿到每一个房间。这种“横跨”多个“垂直”模块的通用功能，就被称为 “横切关注点”（Cross-Cutting Concerns）。 ![AOP\_2.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/808756289efc462ba3c1b700db79acf2~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=zWltIe2zMInXqS%2FhNtff6XTUisQ%3D) 而 AOP 的核心思想，就是把这些“横切关注点”从业务逻辑中“抽离”出去，实现关注点分离。 AOP 允许我们将这些“横切逻辑”定义在一个独立的地方，这个地方就叫“切面”（Aspect），它就像是整栋大楼的“集中式配电箱”或“日志中心”。然后我们还需要再定义一个“规则”（比如“所有以 `load` 开头的方法”或“所有被 `@LogTime` 注解的方法”），AOP 框架就会自动把这个“切面”里的逻辑“织入”到符合规则的那些“关键点”（比如方法执行前 / 后）。 *** 如果你写过 Python，里面的装饰器（Decorator）就是 AOP 思想的一个直观体现。假设我们要实现“打印方法耗时”这个切面逻辑，用Python 装饰器来实现很简单： ```python # 这是一个“装饰器”，它本质上是一个函数 (log_time) # 它接收另一个函数 (func) 作为参数，并返回一个新的“包装后”的函数 (wrapper) def log_time(func): # 参数 func 为被装饰的函数 def wrapper(*args, **kwargs): start = time.perf_counter() # 记录开始时间 result = func(*args, **kwargs) # 调用被装饰的函数, 即原始的业务逻辑函数 end = time.perf_counter() # 记录结束时间 cost = (end - start) * 1000 # 计算耗时，单位毫秒 print(f'execute {func.__name__} took {cost:.4f} ms') # 打印耗时 return result # 返回结果 return wrapper # 返回包装函数 @log_time # 语法糖，这等价于: add = log_time(add), 切面逻辑在这里被"织入" def add(a, b): return a + b if __name__ == '__main__': print(add(1, 2)) # 调用时，执行的已经是被 "wrapper" 包装过的函数了 # 输出： # execute add took 0.0008 ms # 3 ``` 通过装饰器，我们的业务方法 `add()` 内部保留了纯粹的业务逻辑。它对自己被“监控”这件事完全无感知，是 AOP 框架（这里指 Python 的装饰器语法）在外部帮我们完成了“织入”工作。 *** ### AOP 与“插桩”的关系 * **AOP (面向切面)：** 一种**编程思想**，目的是解耦“核心业务”和“横切关注点”。 * **插桩 (Instrumentation)：** 实现 AOP 思想的一种主要**技术手段**（即在特定点插入探针代码）。 * **ASM：** 一个（在 Java/Kotlin 领域）用来执行“插桩”的**具体工具**，能直接操作字节码。在 Java/Kotlin 领域，我们没有 Python 装饰器那么灵活的语法。为了在不修改业务代码的前提下，实现 AOP 切面编程，把“切面”逻辑（比如权限检查、耗时统计）“织入”到业务方法中，我们最好的办法就是在编译期去修改 `.class` 文件的字节码。而 ASM 就是一个能方便修改字节码的工具，它能找到目标方法（比如 `loadUserData`），在它的字节码开头和结尾，“插入”用于计时的“桩”（也就是那些 `startTime` 和 `Log.d` 对应的字节码指令）。 ## 什么是 ASM ASM 是一个通用的 Java 字节码操作和分析框架。它允许你动态地读取、修改和生成 Java 字节码（`.class` 文件）。 ![ASM\_can\_do.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/832580e3cded40ffa714ba673aadae1d~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=HKOAnzeQQEOR%2FfT4bzgflmT%2BnX4%3D) ## 前置知识基础不牢，地动山摇。既然 ASM 是用来修改字节码（`.class` 文件）的，那么我们肯定得先了解 `.class` 文件是在哪个阶段生成的，以及字节码的格式。如果不知道 `.class` 文件何时生成，我们就不知道去哪里“拦截”它；如果不知道字节码格式，那么即使文件摆在面前，我们也无从下手修改。 ### Java 编译过程 ![How Compilation Works in Java.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/756095ef5bd14631998ee92233d3e341~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=WKsGGT%2Bepkf1Vi1dAfgz3srlUyU%3D) 我们写的 java 代码是放在 `.java` 文件里，这些文件会经过 Javac 被编译成字节码（Bytecode）也就是 `.class` 文件，执行时 `.class` 文件经由 JVM 虚拟机被翻译成机器码。 ### Android 打包流程再来看看 apk 的打包流程： ![Android 打包流程.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/c171b01eec35454089953e030e659b12~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=vhvk%2FovBUBwljndzdNKDgeoHsKg%3D) 1. aapt2 编译资源生成 `R.java` 和 resources.arsc； 2. kotlinc/javac 编译源码 `.kt`/`.java` 生成 `.class` 文件； 3. R8 (或 d8) 对 `.class` 文件进行混淆、优化，并转换为 `.dex` 文件； 4. apkbuilder 将 .dex、.arsc、AndroidManifest.xml 等所有文件打包成一个未签名的 `.apk` (ZIP 包)； 5. jarsigner 使用私钥对 APK 进行签名，生成可安装的 APK 文件； 6. zipalign 对 APK 包进行内存对齐优化； > 我在网上搜上面的流程图，找到最早的一张是 11 年前，彼时 2014 年还是 Android 4.4w 和 Android 5.0 Lollipop 的时代，而我还在读初中。 > > 时过境迁，Android 的打包流程也在变化，dex 编译器从 dx 到 d8 再到 r8。其次，在 Android 7.0+ 后，必须改用 V2+ 签名，打包时必须先 Zipalign 对齐再 Apksigner 签名，也就是上面最后两个步骤互相调换。话扯远了，本文主要是讨论 ASM 修改字节码，我们只需要知道，在 apk 打包过程中，javac / kotlinc 编译器工作后、DEX 编译器工作前，就是我们修改字节码进行插桩的时机。 ### 初识字节码为了认识字节码，我们首先写一个简单的 `add()` 函数： ```kotlin // Utils.kt fun add(a: Int, b: Int) { return a + b } ``` > 我们可以在 IDE 里直接通过 Tools -> Kotlin -> Show Kotlin Bytecode 来方便地查看文件对应的字节码，不过为了能让大家对整个过程有更好的认识，所以下面会一步一步手敲命令。我们先用 kotlinc 将其编译为 `.class` 文件，因为 Kotlinc 是与 IDE 捆绑的，在我的机器上，路径是： `C:\Program Files\Android\Android Studio\plugins\Kotlin\kotlinc\bin\kotlinc` 我们先切换（`cd`）到 Kotlin 编译器的 bin 目录： ```bash cd 'C:\Program Files\Android\Android Studio\plugins\Kotlin\kotlinc\bin' ``` 然后使用 `kotlinc xxx.kt` 命令编译 `.kt` 文件： ```bash .\kotlinc Utils.kt -d KotlinBytecode ``` > 这里建议加上 -d 指定输出目录 │ └─KotlinBytecode ├─com │ └─example │ └─helloworld (对应的包路径) │ UtilsKt.class │ └─META-INF (包含模块信息) main.kotlin_module 因为 `add()` 函数直接写在 `Utils.kt` 文件里，Kotlin 默认会在文件名后面加上 `Kt` 来生成类，我们最终得到的就是 `UtilsKt.class` 文件。 ![hex.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/a7063563750046cc912ff7effb47a508~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=1mbdzUbl83xxvWH2CLcGfojhcjM%3D) > `.class` 文件是二进制文件，里面是遵循《Java虚拟机规范》特定格式编码的机器指令（称为字节码，Bytecode）和其他元数据。需要使用专门的工具（如十六进制编辑器或 `javap` 反汇编器）才能查看其内容。 > ![class file overview.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/1f387b7b5cd04423983cc65189d40f52~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=dmjFkoSoQraZt3%2F521zIRrXWq14%3D) > > ![ClassFile 结构.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/de3b519fee8e45218207b0723e7167f7~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=J4f13u07cd7hJRmw0eF%2BVQZ0HGA%3D) > 比如，`.class` 文件格式规范规定，每个 `.class` 文件的开头都必须是被称为 “魔数”（Magic Number）的固定四个字节。这个魔数是 `0xCAFEBABE`（16 进制表示）。即使用 16 进制编辑器打开 `.class` 文件，也非常难以阅读和理解，想要以更直观的方式阅读 `.class` 文件，可以利用 JDK 自带 `javap`（Java Class File Disassembler）工具，它用于反汇编 `.class` 文件，是查看字节码的标准工具。我们先 cd 到 `.class` 文件的所在目录，然后使用 `javap` 命令： ```bash javap -c .\UtilsKt.class ``` `-c`（disassemble code）参数表示查看字节码指令执行命令会我们就会得到以下内容： Compiled from "Utils.kt" public final class com.example.helloworld.UtilsKt { public static final int add(int, int); Code: 0: iload_0 1: iload_1 2: iadd 3: ireturn } 要理解上面的字节码指令，我们首先得理解栈帧，每个线程都有一个独立的栈，每调用一个方法，就会往这个栈放入一个栈帧（栈是一个后进先出的结构，所以调用最深方法的栈帧处在栈顶）： ![栈帧.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/143fbac509754494abe210e5ffcd56ec~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=c20t3%2FWDbxVCjQWtCykDkmMA6iU%3D) 每个栈帧都存储着： * **局部变量表**； * **操作数栈**； * 动态链接； * 方法返回地址；我们再把 `javap` 的输出贴一遍： public final class com.example.helloworld.UtilsKt { public static final int add(int, int); Code: 0: iload_0 1: iload_1 2: iadd 3: ireturn } 局部变量表像一个数组，用于存储方法参数和方法内部定义的局部变量，对于我们的 `add()` 方法，局部变量表为：`[ 0: a, 1: b ]` (索引 0 存的是参数 `a`，索引 1 存的是参数 `b`) > 如果是非静态方法，局部变量表的索引 0 位置是 class 实例，也就是 `this`。操作数栈 (Operand Stack) 是一个后进先出 (LIFO) 的栈，用于执行计算。字节码指令（比如 iadd）会从这个栈中弹出 (pop) 数据，计算后，再把结果压入 (push) 栈顶。初始时操作数栈为空：`[ ]`。接下来，我们来当一次 JVM，一步一步执行 `add(int, int)` 方法的字节码： 1. `iload_0` * 含义: i 代表 integer (整数)，load 代表加载。0 是一个简写，代表索引 0。 * 动作: 从局部变量表的索引 0 处加载一个整数（也就是参数 a），并将其压入操作数栈。 * 栈帧状态： * 局部变量表: `[ a, b ]` * 操作数栈: `[ a ]` 2. `iload_1`：与上一条字节码指令类似，不再赘述。 * 栈帧状态： * 局部变量表: `[ a, b ]` * 操作数栈: `[ a, b ]` (b 在栈顶) 3. `iadd` * 含义：`i` (integer) + `add` (相加) * 动作: 从操作数栈顶部弹出两个整数（先弹出 `b`，再弹出 `a`），将它们相加，然后把结果（假设为 `c`）压回操作数栈。 * 栈帧状态： * 局部变量表：`[ a, b ]` * 操作数栈：`[ c ]` 4. `ireturn` * 含义：`i` (integer) + `return` (返回) * 动作：从操作数栈顶部弹出一个整数（也就是 a + b 的结果），并将其作为方法的返回值。同时，当前栈帧被销毁。 * 栈帧状态：被销毁以上就是字节码的执行过程，就好像一套基于栈的底层汇编语言。`iload`、`iadd`、`ireturn` 这些被称为“助记符”，它们每一个都对应一个 16 进制的“操作码”（比如 `iload_0` 对应 `0x1a`）。`.class` 文件里存的就是这些二进制的操作码，而 `javap` 帮我们反编译成了更易读的助记符。 *** 好了，截至目前为止，我们现在知道了： * 为什么插桩：为了实现 AOP，分离“横切关注点”； * 插桩时机：在 `.class` 文件生成后，`.dex` 文件生成前； * 插桩原理：修改 `.class` 文件的字节码指令。下一个问题是：怎么改？我们总不能用 16 进制编辑器去手动修改 `.class` 文件吧？（较真起来可以是可以，但真没这个必要）我们需要一个更高级、更抽象的工具来帮我们解析和修改字节码。市面上主流的字节码操作库有： * **Javassist**: 提供了更高级别的 API。支持用类似 Java 源码的字符串（如 `System.out.println("hello");`）来插入代码，它会帮你编译成字节码。上手简单，但灵活性和性能稍差。 * **ASM**: 提供了更底层的 API。它不认识 Java 源码，它只认识 `iload`、`iadd` 这样的字节码指令。需手动去“拼”出这些指令。更难，但性能高、灵活性强。 ![ASM\_and\_Javassist.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/f4048c88ec1e4cfb95b9ff17a09955f7~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=dEShaL9wcvyP7q9DdwCv5oq3Ir4%3D) 在 Android 领域，ASM 几乎是唯一的选择。因为在 Android 打包过程中会遍历成百上千个 `.class` 文件。这个过程对性能的要求是极致的。ASM 几乎就是字节码的“搬运工”，非常的轻量，没有多余的抽象和转换。 ## ASM 是如何工作的？那么，相比于手动编辑 16 进制文件，ASM 是如何让我们优雅地修改 `.class` 文件的呢？ ASM 提供了两套 API 来操作字节码，它们各有优劣： 1. **Tree API**：面向对象的方式，先把整个 `.class` 文件的内容读入内存，构建成一个“树”状结构，我们通过操作这棵“树”的节点来修改字节码。 2. **Core API**：基于事件流的方式，像 SAX 解析 XML 一样，逐行扫描 `.class` 文件，在扫描到特定结构（如“找到一个方法”、“找到一条指令”）时触发回调，我们在回调里进行修改。 ### Tree API 我们先从更容易理解的 Tree API 讲起。相信在座的每个 Android 开发者都用过 Gson 解析 `.json` 文件： ```json { "name": "UtilsKt", "superName": "java/lang/Object", "methods": [ { "name": "add", "desc": "(II)I" } ] } ``` 使用 Gson 时，它会把整个 JSON 字符串读入内存，转换成一个 `JsonObject` 或对应的数据类。随后我们就可以像操作一个普通的 Kotlin/Java 对象一样，随意地读取、修改、添加或删除它的任何属性，比如 `jsonObject.remove("superName")`。 ASM 的 Tree API 也是完全一样的思路。由于`.class` 文件是一个遵循严格规范的二进制结构。Tree API 会把整个 `.class` 文件的字节流完整地读入内存，然后构建出一个完整的“对象树”来表示这个类。还记得我们上面那个 `UtilsKt.class` 吗？如果用 Tree API 把它加载到内存里，结构大概是这个样子： ClassNode (类: UtilsKt) | +-- name: "UtilsKt" (由文件名 Utils.kt 自动生成) | +-- superName: "java/lang/Object" | +-- access: public final (公共且不可继承) | +-- fields (字段列表): (无) | +-- methods (方法列表): | +-- MethodNode (方法: ) | | | +-- access: private (私有构造函数，防止外部实例化) | +-- MethodNode (方法: add) | +-- access: public static final (公共、静态、最终) | +-- descriptor: "(II)I" (描述符：接收两个Int，返回一个Int) | +-- instructions (指令列表): | +-- InsnNode (指令: [ILOAD_0]) (加载第 0 个参数 'a' 到栈顶) +-- InsnNode (指令: [ILOAD_1]) (加载第 1 个参数 'b' 到栈顶) +-- InsnNode (指令: [IADD]) (将栈顶两个 Int 相加，结果放回栈顶) +-- InsnNode (指令: [IRETURN]) (返回栈顶的 Int 结果) 现在要对 `add()` 方法插入耗时统计的切面逻辑，我们要做的事情，就是去修改对应的 MethodNode 里的 instructions 列表。具体来说就是： 1. 在 `methodNode.instructions` 的最前面（insert）插入“获取开始时间并存入局部变量”的指令。 2. 遍历 `methodNode.instructions`，找到所有“返回”指令（比如 `IRETURN`），在这些指令之前（insertBefore）插入“计算耗时并打印日志”的指令。 > 在这里先给各位新手打个预防针，“插入字节码”说起来容易，写起来做起来难。我们必须手动去“拼”出代码对应的所有字节码指令。 > 以 `val start = System.currentTimeMillis()` 为例，对应的字节码指令有两个： > > 1. `INVOKESTATIC java/lang/System.currentTimeMillis ()J`：调用静态方法，并将 `long` 类型的返回值压入操作数栈； > 2. `LSTORE_2`：将栈顶的 `long` 存入局部变量表的第 2 个槽位（第 0、1 个分别是 `a` 和 `b`）。 > > 而 `Log.d(...)` 这行代码则更为复杂，涉及 String 的拼接，对应的字节码指令有十几条（比如 `NEW`、`DUP`、`LDC`、`INVOKEVIRTUAL`...）除了要确保这些指令准确无误，还得手动管理好局部变量表和操作数栈的最大深度，因为没有修改前，这个方法的局部变量表只有 2 个槽位，操作数栈的最大深度是 2，但是插入了新的字节码后就不一样了，如果不修正局部变量表和操作数栈的最大深度，JVM 在校验 `.class` 文件时就会直接崩溃。 > 前面我们学会了用 `javap -c xxx.classs` 命令来查看 class 文件中的 Java 字节码指令，它会显示类中的所有方法以及每个方法对应的字节码指令列表。如果我们想查看 `.class` 文件的更多信息，可以使用 `-v` 参数（verbose），它会输出显示：类元数据、常量池、方法元数据（如堆栈大小、局部变量表大小、参数数量）等等所有详细信息。 ![javap-v.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/9a1d6e505564411f91907c647ee59cc9~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=toaQhYC7Xr%2B4ZltSSE9xomDWYhQ%3D) 这套 Tree API 的优点是直观，符合面向对象的思维。增删改查就像操作 `List` 一样简单，适合需要进行复杂、全局性修改的场景。缺点也很明显：内存黑洞，需要把 `.class` 文件的所有信息都加载到内存中。一般情况下，我们是不会采用这这套 API 的，在 Android 的编译流程中，AGP 需要遍历成百上千个 `.class` 文件。如果每处理一个文件都要先把它们全部读入内存，构建成一个巨大的 ClassNode 对象树，然后再序列化回磁盘，内存占用和 I/O 开销将不容乐观，对本就漫长的编译过程无疑是雪上加霜。 ### Core API 如果说 Tree API 是把整本书背下来再修改，那么 Core API 就是边读边改。 Core API 基于 Visitor Pattern（访问者模式），它本质上是一个事件驱动的模型（就像 XML 解析中的 SAX）。它不需要把整个类加载到内存里，而是通过“流”的形式，遍历 .class 文件，每遇到一个节点（类头、字段、方法、注解），就触发一个事件回调。 ```mermaid graph LR A[ClassReader] -->|解析字节码| B(ClassVisitor 我们写的插桩逻辑) B -->|修改/透传事件| C[ClassWriter] C -->|生成字节码| D[新的.class文件] ``` 它们的协作关系就像一条流水线，也就是责任链模式怎么去理解这里面的“访问者模式”呢？你可以把这个过程想象成有一个导游（ClassReader）带领我们（ClassVisitor）参观房子（`.class`），除了之外，还有一个装修公司的负责人（ClassWriter）在旁边。 1. ClassReader（导游）带我们走到主卧门口，开始念：“现在有一个方法，叫 add，参数是 2 个 int...” 2. ClassVisitor（访问者 / 游客）听到后，可以原封不动地传给 ClassWriter（装修公司的负责人），也可以夹带私货：“现在有一个方法，叫 add，参数是 3 个 int” 3. ClassWriter（装修公司的负责人）听到什么就记下来，最后拼成新的 `.class` 文件。假设我们要修改一个类，我们通常会继承 `ClassVisitor`： ```kotlin class MyClassVisitor(nextVisitor: ClassVisitor) : ClassVisitor(Opcodes.ASM9, nextVisitor) { // 访问到"类" override fun visit(version: Int, access: Int, name: String?, signature: String?, superName: String?, interfaces: Array?) { // 可以在这里修改类名、父类等 super.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces) } // 当扫描到方法时，会调用这个回调 override fun visitMethod(access: Int, name: String?, descriptor: String?, signature: String?, exceptions: Array?): MethodVisitor { val originalMethodVisitor = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions) if (name == "add") { // 如果是我们要修改的 add 方法，我们不能直接在这里写指令 // 而是要返回一个新的 MethodVisitor 对象，由它去处理方法内部的细节 return MyMethodVisitor(originalMethodVisitor) } return originalMethodVisitor } } ``` 请注意 `ClassVisitor` 只负责“类”层面的事（比如类名、字段列表、方法列表）。当它发现一个方法时（`visitMethod()`），它不会直接处理方法体内的代码，而是要求你返回一个 **`MethodVisitor`**。也就是：如果你想改方法里的代码，得再派一个小弟（MethodVisitor）进去。这个 `MethodVisitor` 里的回调更加细致： * `visitAnnotation(descriptor: String, visible: Boolean)`：访问方法注解； * `visitParameter(name: String, access: Int)`：访问方法的参数信息； * `visitCode()`：方法体的开始； * `visitVarInsn(opcode: Int, varIndex: Int)`：访问局部变量； * ... ```kotlin class MyMethodVisitor(nextMv: MethodVisitor) : MethodVisitor(Opcodes.ASM9, nextMv) { // 方法开始执行时 override fun visitCode() { super.visitCode() // 插入：System.currentTimeMillis()... } // 遇到每条指令时 override fun visitInsn(opcode: Int) { if (opcode == Opcodes.IRETURN) { // 在 return 之前插入耗时计算代码... } super.visitInsn(opcode) } } ``` ![Core\_API\_Details.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/686d378473a34fa98f59320d09dd457f~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=8oZdJ8dD3wnBW0mZ%2B4sT2iPEDNA%3D) 相比于 Tree API，Core API 的优点是内存占用低、速度快。缺点就是实现复杂，有点反人类，作为开发者要时刻清楚当前“流”到了哪里。如果想获取上下文（比如在方法结尾想知道方法开头定义的某个变量值），得自己想办法用变量存起来，不像 Tree API 那样可以随意回头看。 **总结一下**： ![Tree\_VS\_Core.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/274ffd9dc45548f5afab581e6b5b3388~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=VcXHXLYsz4MB9E%2FSGcAkWluLDwI%3D) Tree API 就像是用 Word 打开文档，你可以随意翻页、查找、替换，适合做复杂的全类分析，但费内存； Core API 就像是听录音带，听一句改一句，过了就没了，适合做高效的机械化修改（比如统一加日志、埋点）。 ## 实践我们从"插桩"和"AOP"这两个词开始讲起，然后简单了解了 Java 编译过程和 apk 打包流程，还学了点 JVM 字节码的知识，最后探讨了 ASM 是如何修改字节码的。所有的理论知识都学了，接下来就是真刀真枪的实操环节了。我们来写一个 AOP 切面编程的 Hello World：函数耗时打印。我们的目标很简单：给被注解的方法自动加上计时代码，并在 Logcat 中打印出来。 *** ### 1. 定义标记：@LogTime 我们先在 `:app` 模块新建一个注解类 `LogTime`： ```kotlin // app/src/main/java/com/example/aop/LogTime.kt @Retention(AnnotationRetention.BINARY) // 重要：必须保留到字节码阶段，否则 ASM 读不到 @Target(AnnotationTarget.FUNCTION) // 作用在函数上 annotation class LogTime() ``` 然后，找个“受害者”方法。我们在 `MainActivity` 里写一个模拟耗时操作的方法，并打上标记： ```kotlin // app/src/main/java/com/example/aop/MainActivity.kt class MainActivity : ComponentActivity() { override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) { super.onCreate(savedInstanceState) doSomeHeavyWork() } @LogTime // 打上标记 private fun doSomeHeavyWork() { Thread.sleep(100) // 模拟耗时 100ms } } ``` 如果不插桩，这段代码运行起来静悄悄的。我们的目标是让它自动吐出类似 `MainActivity.doSomeHeavyWork execution time: 100 ms` 的日志。 ### 2. 搭建工程：Composite Build 既然要对字节码下手，我们首先得搞清楚“战场”在哪。普通的业务代码（比如 MainActivity）是运行在用户的 Android 手机上的；而我们现在要写的插桩代码，是用来修改字节码的，它需要运行在编译阶段（也就是你的开发电脑上）。这意味着，我们不能把这部分代码直接写在 `:app` 模块里。我们需要一个能介入 Android 构建流程、在 `.class` 生成后由 Gradle 自动调用的东西——没错，就是 Gradle 插件。 *** Gradle 插件的代码必须独立于 `:app` 模块存在。在 Android 工程里，要存放这种“构建逻辑（Build Logic）”，通常有两个选择： * `:buildSrc`：这是以前最常用的方案。只要在根目录新建一个叫 `buildSrc` 的文件夹，Gradle 就会自动把它识别为插件工程。 * 优点：零配置 * 缺点：`:buildSrc` 被视为构建脚本的一部分。只要改动了 `:buildSrc` 里的任何一行代码，Gradle 就会认为整个项目的构建逻辑变了，从而强制让所有模块（`:app`, `:lib`...）执行全量重新编译。 * Composite Build（复合构建）：这是 Gradle 官方目前推荐的现代化方案。它允许你把插件作为一个完全独立的项目（Project）来开发，然后通过 `includeBuild` 的方式“挂载”到主项目上。 * 优点：完全解耦。 ![drop\_buildSrc.png](https://p3-xtjj-sign.byteimg.com/tos-cn-i-73owjymdk6/de58daf9dae440b8a6e12ce8159f49d7~tplv-73owjymdk6-jj-mark-v1:0:0:0:0:5o6Y6YeR5oqA5pyv56S-5Yy6IEAgYnFsaWFuZw==:q75.awebp?rk3s=f64ab15b&x-expires=1769381628&x-signature=A5IFGbbZ5x5HNX0ZWU06ysvDhaU%3D) 作为 2025 年的 Android 开发者，我们当然选择 Composite Build 来编写 Gradle 插件。我们在项目根目录下新建一个文件夹 `build-logic`（名字可以随意），这就相当于我们创建了一个独立的“外包工程”。就像我们创建 Android 项目一样，一个根项目里面包含一个 `:app` 模块，我们的外包工程项目（build-login）里面也应该有一个插件模块，所以我们再继续创建两级子目录 `/plugin/timing`，这个 `timing` 目录就是我们插件模块。 ```diff . ├── app/ <-- app 模块目录 ├── gradle/ + ├── build-logic/ <-- 复合构建的根目录 + │ └── plugin/ + │ └── timing/ <-- 插件模块目录 ├── build.gradle.kts <-- 根项目的构建脚本 └── settings.gradle.kts <-- 根项目的设置脚本 ``` OK，我们创建了一个独立的"外包"工程项目，到目前为止，这个项目和主项目没有任何关联，我们需要在主项目 `settings.gradle.kts` 里使用 `includeBuild()` 告诉 Gradle：嘿，这个 `build-logic` 是一个独立的 Project，里面包含一些构建逻辑，在编译主项目里的任何模块之前，请你先编译 `build-logic` 这个项目。 ```diff // settings.gradle.kts pluginManagement { + includeBuild("build-logic") repositories { ... } } dependencyResolutionManagement { ... } rootProject.name = "AopExample" include(":app") // 包含 app 子模块 ``` 虽然复合构建（`build-logic`）从文件结构上看，存在于主项目内部，但是复合构建是可以被视为一个独立的 Project 的，也就是说，即使我把 `build-logic/` 文件夹单独拿出来，也可以 build 起来，不需要依赖主项目。既然它是一个独立的项目，那么应该有自己的 `settings.gradle.kts` 文件： ```diff . ├── app/ <-- app 模块目录 ├── gradle/ ├── build-logic/ <-- 复合构建的根目录 + │ ├── settings.gradle.kts <-- 管理 build-logic 内部的模块 │ └── plugin/ │ └── timing/ <-- 插件模块目录 ├── build.gradle.kts <-- 根项目的构建脚本 └── settings.gradle.kts <-- 根项目的设置脚本 ``` 内容和主项目的 `settings.gradle.kts` 是类似的： ```kotlin // build-logic/settings.gradle.kts pluginManagement { repositories { gradlePluginPortal() google() } } dependencyResolutionManagement { repositories { google { content { includeGroupByRegex("com\\.android.*") includeGroupByRegex("com\\.google.*") includeGroupByRegex("androidx.*") } } mavenCentral() } } rootProject.name = "build-logic" // 这个"外包工程"的名字 include(":plugin:timing") // 工程里包含的模块 ``` 每个模块都有自己的 `build.gradle.kts` 文件，`:app` 如此，插件模块 `:plugin:timing` 也不例外： ```diff . ├── app/ <-- app 模块目录 ├── gradle/ ├── build-logic/ <-- 复合构建的根目录 │ ├── settings.gradle.kts <-- 管理 build-logic 内部的模块 │ └── plugin/ │ └── timing/ <-- 插件模块目录 + │ └─── build.gradle.kts <-- 插件的构建脚本 ├── build.gradle.kts <-- 根项目的构建脚本 └── settings.gradle.kts <-- 根项目的设置脚本 ``` ```kotlin // build-logic/plugin/timing/build.gradle.kts plugins { `kotlin-dsl` } java { sourceCompatibility = JavaVersion.VERSION_17 targetCompatibility = JavaVersion.VERSION_17 } kotlin { compilerOptions { jvmTarget = JvmTarget.JVM_17 } } dependencies { // AGP API，用于访问 androidComponents 扩展 // 强烈建议与 AGP gradle 版本保持一致 implementation("com.android.tools.build:gradle-api:8.13.1") // ASM 核心库: 操作字节码的基础 implementation("org.ow2.asm:asm:9.9") // ASM 工具库，提供了一些方便的适配器类 implementation("org.ow2.asm:asm-commons:9.9") } // 注册 Gradle 插件 // TimingPlugin 我们在后面会实现 gradlePlugin { plugins { register("TimingPlugin") { id = "timing-plugin" // 插件 ID implementationClass = "com.example.asm.timing.TimingPlugin" // 插件的入口类 } } } ``` ### 3. 核心手术：编写 MethodVisitor 好，架子搭好了，现在进入最核心的部分——写字节码。我们要修改的是方法（Method），所以核心逻辑肯定在 `MethodVisitor` 里。 ```diff . ├── app/ <-- app 模块目录 ├── gradle/ ├── build-logic/ <-- 复合构建的根目录 │ ├── settings.gradle.kts <-- 管理 build-logic 内部的模块 │ └── plugin/ │ └── timing/ <-- 插件模块目录 │ ├─── build.gradle.kts <-- 插件的构建脚本 + │ └── src/ + │ └── main/kotlin/com/example/asm/timing/ + │ └── TimingMethodVisitor.kt ├── build.gradle.kts <-- 根项目的构建脚本 └── settings.gradle.kts <-- 根项目的设置脚本 ``` 直接用 `MethodVisitor` 会比较痛苦，还得自己判断哪里是方法结束。幸运的是，`asm-commons` 库提供了一个神器：`AdviceAdapter`，它是 `MethodVisitor` 的子类，贴心地提供了 `onMethodEnter()`（方法进入时）和 `onMethodExit()`（方法退出时）这两个回调。我们只需要在这两个地方“填空”就行了。这部分代码稍微有点长，不过每一行都有注释，我就不啰嗦太多了，有了前面的前置知识，相信大家都能看懂，其实就是把 Java 代码“翻译”成等价的字节码指令。 ```kotlin // build-logic/plugin/timing/src/main/kotlin/com/example/asm/timing/TimingMethodVisitor.kt class TimingMethodVisitor( api: Int, methodVisitor: MethodVisitor, access: Int, private val methodName: String?, descriptor: String?, private val className: String, private val logTag: String ) : AdviceAdapter(api, methodVisitor, access, methodName, descriptor) { private var hasLogTimeAnnotation = false private var startTimeLocalVarIndex: Int = 0 // 1. 访问方法的注解 override fun visitAnnotation(descriptor: String?, visible: Boolean): AnnotationVisitor? { if (descriptor == "Lcom/example/aop/LogTime;") { // 通过描述符判断注解 hasLogTimeAnnotation = true } return super.visitAnnotation(descriptor, visible) } // 2. 在方法进入时被调用 override fun onMethodEnter() { super.onMethodEnter() if (hasLogTimeAnnotation) { // newLocal() 是一个便捷方法, 会在当前方法的局部变量表保留一个新的槽位, 返回局部变量索引 startTimeLocalVarIndex = newLocal(Type.LONG_TYPE /* 指定新局部变量的数据类型 */) // 调用静态方法 System.currentTimeMillis() // mv 是 MethodVisitor, 在父类中定义的 mv.visitMethodInsn( // visitMethodInsn 方法用于添加一个方法调用指令 /* opcode = */ INVOKESTATIC, // Invoke Static: JVM 字节码指令，它告诉 JVM 去调用一个 static（静态）方法 /* owner = */ "java/lang/System", // 拥有该方法的类的内部名称 /* name = */ "currentTimeMillis", // 想要调用的方法的名称 /* descriptor = */ "()J", // 方法描述符, () 表示该方法没有参数, J 表示方法的返回值类型是 long (J 是 long 的 JVM 类型签名) /* isInterface = */ false // 指示 owner（即 java/lang/System）是否是一个接口 ) // 将上一步的结果（时间戳）存入我们之前创建的局部变量中 mv.visitVarInsn( // 此方法用于添加一个与局部变量交互的指令（如加载或存储） /* opcode = */ LSTORE, // LSTORE 是一个复合指令: STORE 表示“存储”, 会从操作数栈的栈顶弹出一个值, L 表示 long /* varIndex = */ startTimeLocalVarIndex // 局部变量索引, 指定要存储到哪一个局部变量槽位 ) } } // 3. 在方法退出时被调用 (无论是正常返回还是异常抛出) override fun onMethodExit(opcode: Int) { if (hasLogTimeAnnotation) { /** * 以下部分的等效代码是： * long endTime = System.currentTimeMillis(); * long duration = endTime - startTime; * String msg = new StringBuilder() * .append("MyClass.myMethod execution time: ") * .append(duration) * .append(" ms") * .toString(); * Log.d(logTag, msg); */ // 再次调用 System.currentTimeMillis() 获取结束时间, 不再赘述 mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false) // 加载方法开始时存储的时间戳 mv.visitVarInsn(LLOAD, startTimeLocalVarIndex) // 计算差值 (结束时间 - 开始时间) mv.visitInsn(LSUB) // 将差值（long类型）存入一个新的局部变量 val durationLocalVarIndex = newLocal(Type.LONG_TYPE) mv.visitVarInsn(LSTORE, durationLocalVarIndex) // 准备打印日志 mv.visitLdcInsn(logTag) // LDC (Load Constant) 加载一个常量到操作数栈的栈顶 // 此时的操作数栈: [日志Tag(String)] mv.visitTypeInsn( // 访问与“类型”相关的指令 /* opcode = */ NEW, // NEW /* type = */ "java/lang/StringBuilder" // 要创建的对象的类型 ) // 在堆上分配一个 StringBuilder 对象，并将其引用（地址）推入栈顶 // 此时的操作数栈: [日志Tag(String), sb_ref(uninit)] mv.visitInsn(DUP) // DUP (Duplicate) 复制栈顶元素 // 此时的操作数栈: [日志Tag(String), sb_ref(uninit), sb_ref(uninit)] mv.visitMethodInsn( /* opcode = */ INVOKESPECIAL, // invoke special 特殊调用，用于构造函数、super 调用和 private 方法 /* owner = */ "java/lang/StringBuilder", // 拥有该方法的类的内部名称 /* name = */ "", // 构造函数的固定名称 /* descriptor = */ "()V", // 描述符。() 表示无参数，V 表示 void 返回 /* isInterface = */ false // // 指示 owner（即 java/lang/StringBuilder）是否是一个接口 ) // 此时的操作数栈: [日志Tag(String), sb_ref(uninit)] mv.visitLdcInsn("$className.$methodName execution time: ") // 加载常量, 将日志消息的前缀（一个 String）推入栈顶 // 此时的操作数栈: [日志Tag(String), sb_ref(uninit), 日志消息前缀(String)] mv.visitMethodInsn( /* opcode = */ INVOKEVIRTUAL, // invoke virtual: 虚拟调用，用于所有实例方法 /* owner = */ "java/lang/StringBuilder", // 拥有该方法的类的内部名称 /* name = */ "append", // 方法名 /* descriptor = */ "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;", // 描述符, 参数类型为 String, 返回类型为 StringBuilder /* isInterface = */ false // 指示 owner（即 java/lang/StringBuilder）是否是一个接口 ) // 调用 append(String)。它会消耗栈顶的日志消息前缀(String) 和 sb_ref(init), 不过它会返回一个 StringBuilder, 然后将结果推入栈顶 // 此时的操作数栈: [日志Tag(String), sb_ref(uninit)] mv.visitVarInsn(LLOAD, durationLocalVarIndex) // 加载耗时 // 此时的操作数栈: [日志Tag(String), sb_ref(uninit), 耗时(long)] mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/lang/StringBuilder", "append", "(J)Ljava/lang/StringBuilder;", false) // 调用 append(long)。它会消耗栈顶的耗时(long) 和 sb_ref(init), 不过它仍然返回一个 StringBuilder, 然后将结果推入栈顶 // 此时的操作数栈: [日志Tag(String), sb_ref(uninit)] mv.visitLdcInsn(" ms") // 加载常量, 将日志消息的后缀（一个 String）推入栈顶 // 此时的操作数栈: [日志Tag(String), sb_ref(uninit), 日志消息后缀(String)] mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/lang/StringBuilder", "append", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;", false) // 调用 append(String)。它会消耗栈顶的日志消息后缀(String) 和 sb_ref(init), 不过它仍然返回一个 StringBuilder, 然后将结果推入栈顶 // 此时的操作数栈: [日志Tag(String), sb_ref(uninit)] mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/lang/StringBuilder", "toString", "()Ljava/lang/String;", false) // 调用 toString()。它会消耗栈顶的 sb_ref(init), 然后将结果推入栈顶 // 此时的操作数栈: [日志Tag(String), 日志消息(String)] mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "android/util/Log", "d", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I", false) // 调用 Log.d(tag, msg)。它会消耗栈顶的日志消息(String) 和日志Tag(String), 然后将结果(写入的字节数)推入栈顶 // 此时的操作数栈: [result(int)] // Log.d 返回了一个 int，我们并不关心它。如果不弹出它，这个 int 值会留在栈上，当原始的 RETURN 指令执行时， // 会导致栈帧错误 (StackMapFrameError)。POP 用来清理栈，确保栈在我们的代码执行完毕后是干净的 mv.visitInsn(POP) // Log.d 返回 int，需要弹出 } super.onMethodExit(opcode) // 这行代码的作用是将原始的退出指令（如 RETURN）写回方法中, 不要忘记！！！ } } ``` 写这部分代码的时候，你可能会觉得自己就像一个无情堆栈机：“把这个压入栈，把那个弹出来……”。没错，这就是堆栈机的魅力（噩梦）。 ### 4. 组装流水线：ClassVisitor 与 Factory 有了处理方法的 `MethodVisitor`，我们需要一个“导游” `ClassVisitor` 来把各个方法领给它： ```kotlin // build-logic/plugin/timing/src/main/kotlin/com/example/asm/timing/TimingClassVisitor.kt class TimingClassVisitor( private val apiVersion: Int, nextClassVisitor: ClassVisitor, private val className: String, private val logTag: String, ) : ClassVisitor(apiVersion, nextClassVisitor) { override fun visitMethod( access: Int, name: String?, descriptor: String?, signature: String?, exceptions: Array?, ): MethodVisitor { // 先获取原始的 MethodVisitor val originalMethodVisitor = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions) // 用我们的 TimingMethodVisitor 包裹原始的 MethodVisitor // 这样，当 ASM 遍历指令时，会先经过我们的 MethodVisitor，再传给原始的 MethodVisitor return TimingMethodVisitor( apiVersion, originalMethodVisitor, access, name, descriptor, className, logTag, ) } } ``` 就好比我们不能直接实例化 ViewModel，同样的，我们也不能直接创建 ClassVisitor，必须通过一个 Factory 工厂类来创建 ClassVisitor。 ```kotlin // build-logic/plugin/timing/src/main/kotlin/com/example/asm/timing/TimingClassVisitorFactory.kt abstract class TimingClassVisitorFactory : AsmClassVisitorFactory { // 泛型用于指定这个工厂类可以接受的参数类型 // 如果不需要接受参数，可以设置为 InstrumentationParameters.None interface Parameters : InstrumentationParameters { @get:Input val logTag: Property } override fun createClassVisitor( classContext: ClassContext, nextClassVisitor: ClassVisitor, ): ClassVisitor { // 获取外部传进来的 tag val tag: String = parameters.get().logTag.getOrElse("Timing") return TimingClassVisitor( apiVersion = instrumentationContext.apiVersion.get(), nextClassVisitor = nextClassVisitor, className = classContext.currentClassData.className, logTag = tag, ) } // 过滤逻辑：在这个方法里决定哪些类需要被“插桩” // 为了性能，这里只扫描 com.example.aop 包下的类 override fun isInstrumentable(classData: ClassData): Boolean { return classData.className.startsWith("com.example.aop") } } ``` ```diff . ├── app/ <-- app 模块目录 ├── gradle/ ├── build-logic/ <-- 复合构建的根目录 │ ├── settings.gradle.kts <-- 管理 build-logic 内部的模块 │ └── plugin/ │ └── timing/ <-- 插件模块目录 │ ├─── build.gradle.kts <-- 插件的构建脚本 │ └── src/ │ └── main/kotlin/com/example/asm/timing/ + │ ├── TimingClassVisitorFactory.kt + │ ├── TimingClassVisitor.kt │ └── TimingMethodVisitor.kt ├── build.gradle.kts <-- 根项目的构建脚本 └── settings.gradle.kts <-- 根项目的设置脚本 ``` ### 5. 插件入口最后一步，编写 Gradle 插件入口类 `TimingPlugin`，把所有东西串起来，并挂载到 Android 的构建流程中： ```diff . ├── app/ <-- app 模块目录 ├── gradle/ ├── build-logic/ <-- 复合构建的根目录 │ ├── settings.gradle.kts <-- 管理 build-logic 内部的模块 │ └── plugin/ │ └── timing/ <-- 插件模块目录 │ ├─── build.gradle.kts <-- 插件的构建脚本 │ └── src/ │ └── main/kotlin/com/example/asm/timing/ + │ ├── TimingPlugin.kt │ ├── TimingClassVisitorFactory.kt │ ├── TimingClassVisitor.kt │ └── TimingMethodVisitor.kt ├── build.gradle.kts <-- 根项目的构建脚本 └── settings.gradle.kts <-- 根项目的设置脚本 ``` ```kotlin // build-logic/plugin/timing/src/main/kotlin/com/example/asm/timing/TimingPlugin.kt class TimingPlugin : Plugin { abstract class Extension { abstract val logTag: Property init { logTag.convention("Timing") // 默认的 LogTag } } override fun apply(project: Project) { // // 定义 DSL 扩展：允许用户在 build.gradle 中配置 // timing { // logTag = "xxx" // } val extension: TimingPlugin.Extension = project.extensions.create("timing", TimingPlugin.Extension::class.java) // 获取 Android 组件扩展 val androidComponents: AndroidComponentsExtension<*, *, *> = project.extensions.getByType(AndroidComponentsExtension::class.java) // 对所有的 Variant (Debug/Release...) 进行操作 androidComponents.onVariants { variant -> // 注册 ASM 转换 variant.instrumentation.transformClassesWith( TimingClassVisitorFactory::class.java, // 我们的 ClassVisitor 工厂类 InstrumentationScope.PROJECT, // 作用范围：整个项目（不包括第三方库） ) { parameters: TimingClassVisitorFactory.Parameters -> // 将 DSL 中的配置传给 Factory parameters.logTag.set(extension.logTag) } // 重要：因为我们修改了字节码（增加了局部变量和堆栈操作）， // 需要让 AGP 帮我们重新计算栈帧（StackMapFrames），否则校验 class 文件会失败 variant.instrumentation.setAsmFramesComputationMode( // 仅重新计算被"插桩"了的方法的栈帧 FramesComputationMode.COMPUTE_FRAMES_FOR_INSTRUMENTED_METHODS ) } } } ``` ### 6. 见证奇迹现在，让我们回到 `:app` 模块，应用我们刚刚写好的插件。 ```diff // app/build.gradle.kts plugins { alias(libs.plugins.android.application) alias(libs.plugins.kotlin.android) alias(libs.plugins.kotlin.compose) + id("timing-plugin") } + timing { + logTag = "LogTime" + } ``` Sync 一下 Gradle，然后点击 Run 运行 App。当 App 启动时，可以把 Logcat 过滤器设为你设置的 tag。你会惊喜地发现： ```text D/...: com.example.aop.MainActivity.doSomeHeavyWork execution time: 103 ms ``` 它工作了！我们在没有修改 `doSomeHeavyWork()` 源码的情况下，凭空让它拥有了自我计时的能力。这就是 ASM 插桩的魔力。虽然我们在 `MethodVisitor` 里手写指令的过程有点像是在用镊子绣花，但一旦你掌握了这套逻辑，你就可以做很多更高级的事情。 ASM 是一把手术刀，用得好，它是优化和治理代码的神器。希望这篇文章能成为你字节码探索之旅的起点，而不是终点。 * [文章完整代码](https://github.com/bqliang/AsmExample) ## 参考链接 * [ASM从入门到精通](https://blog.csdn.net/c6E5UlI1N/article/details/131118310) * [Class File API: Not Your Everyday Java API](https://www.unlogged.io/post/class-file-api-not-your-everyday-java-api) * [手把手带你实战 AGP 7.x ASM 字节码插桩](https://xie.infoq.cn/article/46ccb9380c6e876e84b204ecc)