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深入字节码 -- 计算方法执行时间

什么是字节码？

java 程序通过 javac 编译之后生成文件 .class 就是字节码集合,正是有这样一种 中间码(字节码) ，使得 scala/groovy/clojure 等函数语言只用实现一个编译器即可运行在 JVM 上。看看一段简单代码。

    public long getExclusiveTime() {         long startTime = System.currentTimeMillis();         System.out.printf("exclusive code");         long endTime = System.currentTimeMillis();         return endTime - startTime;     }     public class com.blueware.agent.StartAgent {

编译后通过命令( javap -c com.blueware.agent.StartAgent )查看,具体含义请参考 oracle

    public com.blueware.agent.StartAgent();         Code:            0: aload_0            1: invokespecial #1  // Method java/lang/Object."<init>":()V            4: return        public long getExclusiveTime();         Code:            0: invokestatic  #2                  // Method java/lang/System.currentTimeMillis:()J            3: lstore_1            4: getstatic     #3                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;            7: ldc           #4                  // String exclusive code            9: iconst_0           10: anewarray     #5                  // class java/lang/Object           13: invokevirtual #6                  // Method java/io/PrintStream.printf:(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Object;)Ljava/io/PrintStream;           16: pop           17: invokestatic  #2                  // Method java/lang/System.currentTimeMillis:()J           20: lstore_3           21: lload_3           22: lload_1           23: lsub           24: lreturn     }

为什么要学习字节码？

能了解技术背后的原理，更容易写出高质量代码；
字节码设计非常优秀，发展十几年只仅仅删除和增加几个指令，学懂之后长期受益高，如果懂字节码再学习 scala/groovy/clojure 会容易很多；
开发框架、监控系统、中间件、语言字节码技术都是必杀技；

字节码框架( `ASM/Javassist` )

操作字节码框架有很多，具体可以参考博文，下面对比 ASM/Javassist

|选项 | 优点 |缺点 | |--------------|----------|-------------| | ASM |速度快、代码量小、功能强大|要写字节码、学习曲线高| | Javassist |学习简单，不用写字节码|比 ASM 慢，功能少|

`Java Instrumentation` 介绍

指的是可以用独立于应用程序之外的代理( agent )程序, agent 程序通过增强字节码动态修改或者新增类，利用这样特性可以设计出更通用的监控、框架、中间件程序，在 JVM 启动参数加 –javaagent:agent_jar_path/agent.jar 即可运行(在 JDK5 及其后续版本才可以)，更多关于 Instrumentation 知识请参考博文

计算方法执行时间方式

直接在代码开始和结束出打印当前时间，相减即可得到;
实现一个动态代理，或者借助 Spring/AspectJ 等框架;
上面两种实现方式都需要修改代码或者配置文件，下面我要介绍方式不仅不需要修改代码，而且效率高;

具体实现方式

1.StartAgent 类必须提供 premain 方法，代码如下:

    public class StartAgent {         //代理程序入口函数         public static void premain(String args, Instrumentation inst) {             System.out.println("agent begin");             //添加字节码转换器             inst.addTransformer(new PrintTimeTransformer());             System.out.println("agent end");         }     }

2.PrintTimeTransformer 实现一个转换器，代码如下:

        //字节码转化器类     public class PrintTimeTransformer implements ClassFileTransformer {          //实现字节码转化接口，一个小技巧建议实现接口方法时写@Override，方便重构         //loader:定义要转换的类加载器，如果是引导加载器，则为 null(在这个小demo暂时还用不到)         //className:完全限定类内部形式的类名称和中定义的接口名称，例如"java.lang.instrument.ClassFileTransformer"         //classBeingRedefined:如果是被重定义或重转换触发，则为重定义或重转换的类；如果是类加载，则为 null         //protectionDomain:要定义或重定义的类的保护域         //classfileBuffer:类文件格式的输入字节缓冲区（不得修改）         //一个格式良好的类文件缓冲区（转换的结果），如果未执行转换,则返回 null。         @Override public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer)                 throws IllegalClassFormatException {             //简化测试demo，直接写待修改的类(com/blueware/agent/TestTime)             if (className != null && className.equals("com/blueware/agent/TestTime")) {                 //读取类的字节码流                 ClassReader reader = new ClassReader(classfileBuffer);                 //创建操作字节流值对象，ClassWriter.COMPUTE_MAXS:表示自动计算栈大小                 ClassWriter writer = new ClassWriter(reader, ClassWriter.COMPUTE_MAXS);                 //接受一个ClassVisitor子类进行字节码修改                 reader.accept(new TimeClassVisitor(writer, className), 8);                 //返回修改后的字节码流                 return writer.toByteArray();             }             return null;         }     }

3.TimeClassVisitor 类访问器，实现字节码修改，代码如下:

        //定义扫描待修改class的visitor，visitor就是访问者模式     public class TimeClassVisitor extends ClassVisitor {         private String className;          public TimeClassVisitor(ClassVisitor cv, String className) {             super(Opcodes.ASM5, cv);             this.className = className;         }          //扫描到每个方法都会进入，参数详情下一篇博文详细分析         @Override public MethodVisitor visitMethod(int access, final String name, final String desc, String signature, String[] exceptions) {             MethodVisitor mv = cv.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);             final String key = className + name + desc;             //过来待修改类的构造函数             if (!name.equals("<init>") && mv != null) {                 mv = new AdviceAdapter(Opcodes.ASM5, mv, access, name, desc) {                     //方法进入时获取开始时间                     @Override public void onMethodEnter() {                         //相当于com.blueware.agent.TimeUtil.setStartTime("key");                         this.visitLdcInsn(key);                         this.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, "com/blueware/agent/TimeUtil", "setStartTime", "(Ljava/lang/String;)V", false);                     }                      //方法退出时获取结束时间并计算执行时间                     @Override public void onMethodExit(int opcode) {                         //相当于com.blueware.agent.TimeUtil.setEndTime("key");                         this.visitLdcInsn(key);                         this.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, "com/blueware/agent/TimeUtil", "setEndTime", "(Ljava/lang/String;)V", false);                         //向栈中压入类名称                         this.visitLdcInsn(className);                         //向栈中压入方法名                         this.visitLdcInsn(name);                         //向栈中压入方法描述                         this.visitLdcInsn(desc);                         //相当于com.blueware.agent.TimeUtil.getExclusiveTime("com/blueware/agent/TestTime","testTime");                         this.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, "com/blueware/agent/TimeUtil", "getExclusiveTime", "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)J", false);                     }                 };             }             return mv;         }     }

4.TimeClassVisitor 记录时间帮助类，代码如下:

  public class TimeUtil {         private static Map<String, Long> startTimes = new HashMap<String, Long>();         private static Map<String, Long> endTimes   = new HashMap<String, Long>();          private TimeUtil() {         }          public static long getStartTime(String key) {             return startTimes.get(key);         }          public static void setStartTime(String key) {             startTimes.put(key, System.currentTimeMillis());         }          public static long getEndTime(String key) {             return endTimes.get(key);         }          public static void setEndTime(String key) {             endTimes.put(key, System.currentTimeMillis());         }          public static long getExclusiveTime(String className, String methodName, String methodDesc) {             String key = className + methodName + methodDesc;             long exclusive = getEndTime(key) - getStartTime(key);             System.out.println(className.replace("/", ".") + "." + methodName + " exclusive:" + exclusive);             return exclusive;         }     }

题记

上面的代码难免有 bug ，如果你发现代码写的有问题，请你帮忙指出，让我们一起进步，让代码变的更漂亮和健壮;
顺便打点广告，如果看后对字节码技术感兴趣，欢迎加入我们oneapm，一起做点有意思事情，可直接联系我;
完整代码请访问 github ;
下一篇结合 demo 再深入研究 ClassVisitor

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深入字节码 -- 计算方法执行时间