淺談Android ASM自動(dòng)埋點(diǎn)方案實(shí)踐
這段時(shí)間想到一個(gè)有趣的功能，就是在Android的代碼編譯期間進(jìn)行一些騷操作，來(lái)達(dá)到一些日常情境下難以實(shí)現(xiàn)的功能，比如監(jiān)聽(tīng)?wèi)?yīng)用中的所有onClick點(diǎn)擊時(shí)間，或者監(jiān)聽(tīng)某些方法的運(yùn)行耗時(shí)，如果在代碼中一個(gè)方法一個(gè)方法修改會(huì)很蛋疼，所以想通過(guò)Gradle插件來(lái)實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用的編譯期間進(jìn)行代碼插入的功能。
1、AOP的概念
其實(shí)這已經(jīng)涉及到AOP(Aspect Oriented Programming)，即面向切面編程，在編譯期間對(duì)代碼進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，以達(dá)到統(tǒng)一維護(hù)的目的。
AOP切面
舉個(gè)栗子，Android開(kāi)發(fā)我們都知道，在項(xiàng)目越來(lái)越大的時(shí)候，應(yīng)用可能被分解為多個(gè)模塊，如果你要往所有模塊的方法里頭加一句‘我是大傻叼'的Toast，那是不是得跪。所以最好的方式是想辦法在編譯的時(shí)候拿到所有方法，往方法里頭懟一個(gè)Toast，這樣還不會(huì)影響到運(yùn)行期間性能。
2、Transform
Android打包流程
如圖所示是Android打包流程，.java文件->.class文件->.dex文件，只要在紅圈處攔截住，拿到所有方法進(jìn)行修改完再放生就可以了，而做到這一步也不難，Google官方在Android Gradle的1.5.0 版本以后提供了 Transfrom API, 允許第三方 Plugin 在打包 dex 文件之前的編譯過(guò)程中操作 .class 文件，我們做的就是實(shí)現(xiàn)Transform進(jìn)行.class文件遍歷拿到所有方法，修改完成對(duì)原文件進(jìn)行替換。
/**
* 自動(dòng)埋點(diǎn)追蹤，遍歷所有文件更換字節(jié)碼
*/
public class AutoTransform extends Transform {
@Override
String getName() {
return "AutoTrack"
}
@Override
Set<QualifiedContent.ContentType> getInputTypes() {
return TransformManager.CONTENT_CLASS
}
@Override
Set<QualifiedContent.Scope> getScopes() {
return TransformManager.SCOPE_FULL_PROJECT
}
@Override
boolean isIncremental() {
return false
}
@Override
public void transform(
@NonNull Context context,
@NonNull Collection<TransformInput> inputs,
@NonNull Collection<TransformInput> referencedInputs,
@Nullable TransformOutputProvider outputProvider,
boolean isIncremental) throws IOException, TransformException, InterruptedException {
//此處會(huì)遍歷所有文件
/**遍歷輸入文件*/
inputs.each { TransformInput input ->
/**
* 遍歷jar
*/
input.jarInputs.each { JarInput jarInput ->
...
}
/**
* 遍歷目錄
*/
input.directoryInputs.each { DirectoryInput directoryInput ->
...
}
}
}
3、Gradle插件實(shí)現(xiàn)
通過(guò)Transform提供的api可以遍歷所有文件，但是要實(shí)現(xiàn)Transform的遍歷操作，得通過(guò)Gradle插件來(lái)實(shí)現(xiàn)，關(guān)于Gradle插件的知識(shí)可以看相關(guān)博客，也可以直接看博主的項(xiàng)目 Luffy 。編寫(xiě)Gradle插件可能需要一點(diǎn)Goovy知識(shí)，具體編寫(xiě)直接用java語(yǔ)言寫(xiě)也可以，Goovy是完全兼容java的，只截取插件入口部分實(shí)現(xiàn)PluginEntry.groovy
class PluginEntry implements Plugin<Project> {
@Override
void apply(Project project) {
...
//使用Transform實(shí)行遍歷
def android = project.extensions.getByType(AppExtension)
registerTransform(android)
...
}
def static registerTransform(BaseExtension android) {
AutoTransform transform = new AutoTransform()
android.registerTransform(transform)
}
4、字節(jié)碼編寫(xiě)
完成上面的操作以后就剩下一件事了，那就是拿到.class文件了，大家都知道.class文件是字節(jié)碼格式的，操作起來(lái)難度是相當(dāng)于大的，所以需要一個(gè)字節(jié)碼操作庫(kù)來(lái)減輕難度，那就是ASM了。
4.1、ASM簡(jiǎn)介
ASM 可以直接產(chǎn)生二進(jìn)制的class 文件，也可以在增強(qiáng)既有類(lèi)的功能。Java class 被存儲(chǔ)在嚴(yán)格格式定義的 .class文件里，這些類(lèi)文件擁有足夠的元數(shù)據(jù)來(lái)解析類(lèi)中的所有元素：類(lèi)名稱(chēng)、方法、屬性以及 Java 字節(jié)碼（指令）。
4.2、具體使用ASM
ASM框架中的核心類(lèi)有以下幾個(gè)：
- ClassReader：該類(lèi)用來(lái)解析編譯過(guò)的class字節(jié)碼文件。
- ClassWriter：該類(lèi)用來(lái)重新構(gòu)建編譯后的類(lèi)，比如說(shuō)修改類(lèi)名、屬性以及方法，甚至可以生成新的類(lèi)的字節(jié)碼文件。
- ClassVisitor：主要負(fù)責(zé) “拜訪(fǎng)” 類(lèi)成員信息。其中包括標(biāo)記在類(lèi)上的注解，類(lèi)的構(gòu)造方法，類(lèi)的字段，類(lèi)的方法，靜態(tài)代碼塊。
- AdviceAdapter：實(shí)現(xiàn)了MethodVisitor接口，主要負(fù)責(zé) “拜訪(fǎng)” 方法的信息，用來(lái)進(jìn)行具體的方法字節(jié)碼操作。
- ClassVisitor的全部方法如下，按一定的次序來(lái)遍歷類(lèi)中的成員。
ClassVisitor的全部方法如下，按一定的次序來(lái)遍歷類(lèi)中的成員。
ClassVisitor全部api
在ClassVisitor中根據(jù)你的條件進(jìn)行判斷，滿(mǎn)足條件的類(lèi)才會(huì)修改其中方法，比如要統(tǒng)計(jì)點(diǎn)擊事件的話(huà)，需要實(shí)現(xiàn)View$OnClickListener接口的類(lèi)才會(huì)遍歷其中的方法進(jìn)行操作。
class AutoClassVisitor extends ClassVisitor {
AutoClassVisitor(final ClassVisitor cv) {
super(Opcodes.ASM4, cv)
}
@Override
void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces) {
//進(jìn)行需要滿(mǎn)足類(lèi)的條件過(guò)濾
...
super.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces)
}
@Override
void visitInnerClass(String name, String outerName, String innerName, int access) {
// 內(nèi)部類(lèi)信息
...
super.visitInnerClass(name, outerName, innerName, access)
}
@Override
MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc, String signature, String[] exceptions) {
// 拿到需要修改的方法，執(zhí)行修改操作
MethodVisitor methodVisitor = cv.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions)
MethodVisitor adapter = null
...
adapter = new AutoMethodVisitor(methodVisitor, access, name, desc)
...
return methodVisitor
}
@Override
void visitEnd() {
//類(lèi)中成員信息遍歷介紹
...
super.visitEnd()
}
}
在MethodVisitor中根據(jù)對(duì)已經(jīng)拿到的方法進(jìn)行修改了。
MethodVisitor adapter = new AutoMethodVisitor(methodVisitor, access, name, desc) {
boolean isAnnotation = false
@Override
protected void onMethodEnter() {
super.onMethodEnter()
//進(jìn)入方法時(shí)可以插入字節(jié)碼
...
}
@Override
protected void onMethodExit(int opcode) {
super.onMethodExit(opcode)
//退出方法前可以插入字節(jié)碼
...
}
/**
* 需要通過(guò)注解的方式加字節(jié)碼才會(huì)重寫(xiě)這個(gè)方法來(lái)進(jìn)行條件過(guò)濾
*/
@Override
AnnotationVisitor visitAnnotation(String des, boolean visible) {
...
return super.visitAnnotation(des, visible)
}
}
5、實(shí)戰(zhàn)演練
以上就是總體的思路了，現(xiàn)在就通過(guò) Luffy 根據(jù)具體需求實(shí)戰(zhàn)一下，比如說(shuō)在onClick方法點(diǎn)擊的耗時(shí)(自動(dòng)埋點(diǎn)也是一樣的道理，只不過(guò)換了插樁的方法)。
5.1、插件配置
先打包一下插件到本地倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行引用，在項(xiàng)目的根build.gradle加入插件的依賴(lài)
dependencies {
classpath 'com.xixi.plugin:plugin:1.0.1-SNAPSHOT'
}
在app的build.gradle中
apply plugin: 'apk.move.plugin'
xiaoqingwa{
name = "小傻逼"
isDebug = true
//具體配置
matchData = [
//是否使用注解來(lái)找對(duì)應(yīng)方法
'isAnotation': false,
//方法的匹配，可以通過(guò)類(lèi)名或者實(shí)現(xiàn)的接口名匹配
'ClassFilter': [
['ClassName': null, 'InterfaceName':null,
'MethodName':null, 'MethodDes':null]
],
//插入的字節(jié)碼，方法的執(zhí)行順序visitAnnotation->onMethodEnter->onMethodExit
'MethodVisitor':{
MethodVisitor methodVisitor, int access, String name, String desc ->
MethodVisitor adapter = new AutoMethodVisitor(methodVisitor, access, name, desc) {
boolean isAnnotation = false
@Override
protected void onMethodEnter() {
super.onMethodEnter()
//使用注解找對(duì)應(yīng)方法的時(shí)候得加這個(gè)判斷
}
@Override
protected void onMethodExit(int opcode) {
super.onMethodExit(opcode)
//使用注解找對(duì)應(yīng)方法的時(shí)候得加這個(gè)判斷
}
/**
* 需要通過(guò)注解的方式加字節(jié)碼才會(huì)重寫(xiě)這個(gè)方法來(lái)進(jìn)行條件過(guò)濾
*/
@Override
AnnotationVisitor visitAnnotation(String des, boolean visible) {
return super.visitAnnotation(des, visible)
}
}
return adapter
}
]
}
要是使用演示的話(huà)，因?yàn)檫€沒(méi)上傳到j(luò)center庫(kù)，所以只能本地倉(cāng)庫(kù)打包插件，記得要先把依賴(lài)都注釋掉，插件打包完成后再啟用，不然會(huì)編譯不過(guò)去的。
xiaoqingwa{} 里頭的配置信息先不用管，等會(huì)會(huì)講到，主要是為了能夠不修改插件進(jìn)行動(dòng)態(tài)更換插樁的方法。
5.2、應(yīng)用測(cè)試
插件配置好了之后就可以測(cè)試一下效果了，先寫(xiě)一個(gè)耗時(shí)統(tǒng)計(jì)的工具類(lèi)
TimeCache.java
/**
* Author:xishuang
* Date:2018.01.10
* Des:計(jì)時(shí)類(lèi)，編譯器加入指定方法中
*/
public class TimeCache {
public static Map<String, Long> sStartTime = new HashMap<>();
public static Map<String, Long> sEndTime = new HashMap<>();
public static void setStartTime(String methodName, long time) {
sStartTime.put(methodName, time);
}
public static void setEndTime(String methodName, long time) {
sEndTime.put(methodName, time);
}
public static String getCostTime(String methodName) {
long start = sStartTime.get(methodName);
long end = sEndTime.get(methodName);
long dex = end - start;
return "method: " + methodName + " cost " + dex + " ns";
}
}
大概思路就是使用HashMap來(lái)臨時(shí)保存對(duì)應(yīng)方法的時(shí)間，退出方法時(shí)獲取時(shí)間差。
在一個(gè)方法的前后插入時(shí)間統(tǒng)計(jì)的方法，這個(gè)具體的過(guò)程要怎么操作呢，因?yàn)閏lass文件是字節(jié)碼格式的，ASM也是進(jìn)行字節(jié)碼操作，所以必須先把插入的代碼轉(zhuǎn)換成字節(jié)碼先。這里推薦一個(gè)字節(jié)碼查看工具Java Bytecode Editor，導(dǎo)入.class文件就可以看到對(duì)應(yīng)字節(jié)碼了。
比如我們要插入的代碼如下：
private void countTime() {
TimeCache.setStartTime("newFunc", System.currentTimeMillis());
TimeCache.setEndTime("newFunc", System.currentTimeMillis());
Log.d("耗時(shí)", TimeCache.getCostTime("newFunc"));
}
先把.java文件編譯成.class文件，用Java Bytecode Editor打開(kāi)
插入代碼的字節(jié)碼
然后根據(jù)其用ASM提供的Api一一對(duì)應(yīng)的把代碼填進(jìn)來(lái)加到onMethodEnter和onMethodExit中。
//方法前加入
methodVisitor.visitMethodInsn
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setStartTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
//方法后加入
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setEndTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
methodVisitor.visitLdcInsn("耗時(shí)")
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "getCostTime", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "android/util/Log", "d", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I", false)
在app的build.gradle中配置得到的字節(jié)碼，最后設(shè)置一下過(guò)濾條件，最終的代碼如下：
build.gradle
xiaoqingwa{
name = "小傻逼"
isDebug = true
//具體配置
matchData = [
//是否使用注解來(lái)找對(duì)應(yīng)方法
'isAnotation': false,
//方法的匹配，可以通過(guò)類(lèi)名或者實(shí)現(xiàn)的接口名匹配
'ClassFilter': [
['ClassName': 'com.xishuang.plugintest.MainActivity', 'InterfaceName': 'android/view/View$OnClickListener',
'MethodName':'onClick', 'MethodDes':'(Landroid/view/View;)V']
],
//插入的字節(jié)碼，方法的執(zhí)行順序visitAnnotation->onMethodEnter->onMethodExit
'MethodVisitor':{
MethodVisitor methodVisitor, int access, String name, String desc ->
MethodVisitor adapter = new AutoMethodVisitor(methodVisitor, access, name, desc) {
boolean isAnnotation = false
@Override
protected void onMethodEnter() {
super.onMethodEnter()
//使用注解找對(duì)應(yīng)方法的時(shí)候得加這個(gè)判斷
// if (!isAnnotation){
// return
// }
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/MainActivity", "notifyInsert", "()V", false)
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setStartTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
}
@Override
protected void onMethodExit(int opcode) {
super.onMethodExit(opcode)
//使用注解找對(duì)應(yīng)方法的時(shí)候得加這個(gè)判斷
// if (!isAnnotation){
// return
// }
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setEndTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
methodVisitor.visitLdcInsn("耗時(shí)")
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "getCostTime", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "android/util/Log", "d", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I", false)
}
/**
* 需要通過(guò)注解的方式加字節(jié)碼才會(huì)重寫(xiě)這個(gè)方法來(lái)進(jìn)行條件過(guò)濾
*/
@Override
AnnotationVisitor visitAnnotation(String des, boolean visible) {
// if (des.equals("Lcom/xishuang/annotation/AutoCount;")) {
// println "注解匹配：" + des
// isAnnotation = true
// }
return super.visitAnnotation(des, visible)
}
}
return adapter
}
]
}
'isAnotation' 表示是否使用注解的方式找到對(duì)應(yīng)方法，這里false，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在是通過(guò)具體類(lèi)信息來(lái)判斷的。
'ClassFilter' 表示過(guò)濾條件，其中 'ClassName' 和 'InterfaceName' 用于判斷哪些類(lèi)中的方法可以遍歷其中的方法進(jìn)行匹配修改，不滿(mǎn)足的話(huà)就不會(huì)進(jìn)行方法名匹配了，這些感興趣的童鞋都可以改插件自定義擴(kuò)展。
'MethodName' 和 'MethodDes' 是方法名和方法描述符，可以唯一確定一個(gè)方法名，滿(mǎn)足類(lèi)過(guò)濾條件的就會(huì)進(jìn)行方法匹配，例如我們要統(tǒng)計(jì)的點(diǎn)擊事件 onClick(View v) 。
意思就是繼承自 android/view/View$OnClickListener 的類(lèi)或者類(lèi)名是 'com.xishuang.plugintest.MainActivity' 就可以進(jìn)行方法的遍歷，然后方法滿(mǎn)足 onClick(View v) 就會(huì)進(jìn)行代碼插入操作。
設(shè)置完之后rebuild一下就可以了，可以通過(guò)日志看下具體信息， isDebug = true 可以開(kāi)啟日志打印。
日志
通過(guò)日志可以看到我們?cè)O(shè)置的字節(jié)碼確實(shí)插樁成功，現(xiàn)在再看一下編譯后的文件驗(yàn)證一下，具體位置是：app\build\intermediates\transforms\AutoTrack\debug\folders
編譯后的.class文件
其中的notifyInsert()是我用來(lái)彈Toast額外調(diào)試用的，請(qǐng)忽略。在手機(jī)上點(diǎn)擊一下按鈕測(cè)試一下，發(fā)現(xiàn)確實(shí)記錄下點(diǎn)擊的耗時(shí)時(shí)間，完成。
5.3、注解匹配
除了以上的方式來(lái)查找修改的方法之外，還可以通過(guò)注解來(lái)查找，切換很簡(jiǎn)單，只需要改一下app的build.gradle文件就可以了，項(xiàng)目中也有栗子，添加了一個(gè)注解類(lèi)。
/**
* Author:xishuang
* Date:2018.1.9
* Des：時(shí)間統(tǒng)計(jì)注解
*/
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface AutoCount {
}
然后在對(duì)應(yīng)的方法上添加你自定義的注解
@AutoCount
private void onClick() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
@AutoCount
@Override
public void onClick(View v) {
if (v.getId() == R.id.button) {
Toast.makeText(this, "我是按鈕", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
}
修改一下build.gradle中的配置文件
xiaoqingwa{
name = "小傻逼"
isDebug = true
//具體配置
matchData = [
//是否使用注解來(lái)找對(duì)應(yīng)方法
'isAnotation': true,
//方法的匹配，可以通過(guò)類(lèi)名或者實(shí)現(xiàn)的接口名匹配
'ClassFilter': [
['ClassName': 'com.xishuang.plugintest.MainActivity', 'InterfaceName': 'android/view/View$OnClickListener',
'MethodName':'onClick', 'MethodDes':'(Landroid/view/View;)V']
],
//插入的字節(jié)碼，方法的執(zhí)行順序visitAnnotation->onMethodEnter->onMethodExit
'MethodVisitor':{
MethodVisitor methodVisitor, int access, String name, String desc ->
MethodVisitor adapter = new AutoMethodVisitor(methodVisitor, access, name, desc) {
boolean isAnnotation = false
@Override
protected void onMethodEnter() {
super.onMethodEnter()
//使用注解找對(duì)應(yīng)方法的時(shí)候得加這個(gè)判斷
if (!isAnnotation){
return
}
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/MainActivity", "notifyInsert", "()V", false)
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setStartTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
}
@Override
protected void onMethodExit(int opcode) {
super.onMethodExit(opcode)
//使用注解找對(duì)應(yīng)方法的時(shí)候得加這個(gè)判斷
if (!isAnnotation){
return
}
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "java/lang/System", "currentTimeMillis", "()J", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "setEndTime", "(Ljava/lang/String;J)V", false)
methodVisitor.visitLdcInsn("耗時(shí)")
methodVisitor.visitLdcInsn(name)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/xishuang/plugintest/TimeCache", "getCostTime", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;", false)
methodVisitor.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "android/util/Log", "d", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I", false)
}
/**
* 需要通過(guò)注解的方式加字節(jié)碼才會(huì)重寫(xiě)這個(gè)方法來(lái)進(jìn)行條件過(guò)濾
*/
@Override
AnnotationVisitor visitAnnotation(String des, boolean visible) {
if (des.equals("Lcom/xishuang/annotation/AutoCount;")) {
println "注解匹配：" + des
isAnnotation = true
}
return super.visitAnnotation(des, visible)
}
}
return adapter
}
]
}
關(guān)鍵代碼在于把 'isAnotation' 設(shè)為 true ，然后在 visitAnnotation 方法中添加你的注解類(lèi)匹配，也就是這句 des.equals("Lcom/xishuang/annotation/AutoCount;") 代碼，注解類(lèi)的描述符，運(yùn)行效果和上面差不多，但是不會(huì)打印日志，因?yàn)橥ㄟ^(guò)注解來(lái)查找方法會(huì)遍歷每個(gè)方法，打印信息太多電腦會(huì)爆炸。
具體的信息可以看下源碼，已共享到github上，在這里講了下大概的思路和代碼框架，只是起到拋磚引玉的作用，更有趣的玩法大家可以自己修改一下插件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
github地址： Luffy 。
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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