#yyds干货盘点#Java ASM系列：（094）查找相关的指令

番茄西红柿发布于2021-11-25 09:43 / 3236人阅读

摘要：本文属于系列三当中的一篇。实现思路回顾首先，我们来回顾一下的作用记录指令与当中值的关联关系。要实现什么的功能呢记录上某一个元素是被哪一个指令消耗掉出栈的。第二点，结合和类，用来查找相关的指令。

在StackOverflow上有这样一个问题：Find all instructions belonging to a specific method-call。在解决方法当中，就用到了SourceInterpreter和SourceValue类。在本文当中，我们将这个问题和解决思路简单地进行介绍。

1. 实现思路

1.1. 回顾SourceInterpreter

首先，我们来回顾一下SourceInterpreter的作用：记录指令（instruction）与Frame当中值（SourceValue）的关联关系。

public class HelloWorld {    public void test(int a, int b) {        int c = a + b;        System.out.println(c);    }}

那么，借助于SourceInterpreter类查看test方法内某一条instuction将某一个SourceValue加载（入栈）到Frame上：

test:(II)V000:                                 iload_1    {[], [], [], []} | {}001:                                 iload_2    {[], [], [], []} | {[iload_1]}002:                                    iadd    {[], [], [], []} | {[iload_1], [iload_2]}003:                                istore_3    {[], [], [], []} | {[iadd]}004:                    getstatic System.out    {[], [], [], [istore_3]} | {}005:                                 iload_3    {[], [], [], [istore_3]} | {[getstatic System.out]}006:       invokevirtual PrintStream.println    {[], [], [], [istore_3]} | {[getstatic System.out], [iload_3]}007:                                  return    {[], [], [], [istore_3]} | {}================================================================

由此，我们可以模仿一下，进一步记录某一条instuction将某一个SourceValue从Frame上消耗掉（出栈）：

test:(II)V000:                                 iload_1    {[], [], [], []} | {}001:                                 iload_2    {[], [], [], []} | {[iadd]}002:                                    iadd    {[], [], [], []} | {[iadd], [iadd]}003:                                istore_3    {[], [], [], []} | {[istore_3]}004:                    getstatic System.out    {[], [], [], []} | {}005:                                 iload_3    {[], [], [], []} | {[invokevirtual PrintStream.println]}006:       invokevirtual PrintStream.println    {[], [], [], []} | {[invokevirtual PrintStream.println], [invokevirtual PrintStream.println]}007:                                  return    {[], [], [], []} | {}================================================================

那么，我们怎么实现这样一个功能呢？用一个DestinationInterpreter类来实现。

1.2. DestinationInterpreter

首先，我们编写一个DestinationInterpreter类。对于这个类，我们从两点来把握：

第一点，抽象功能。要实现什么的功能呢？记录operand stack上某一个元素是被哪一个指令（instruction）消耗掉（出栈）的。这个功能正好与SourceInterpreter类的功能相反。
第二点，具体实现。如何进行编码实现呢？DestinationInterpreter类，是模仿着SourceInterpreter类实现的。

import org.objectweb.asm.Opcodes;import org.objectweb.asm.Type;import org.objectweb.asm.tree.*;import org.objectweb.asm.tree.analysis.AnalyzerException;import org.objectweb.asm.tree.analysis.Interpreter;import org.objectweb.asm.tree.analysis.SourceValue;import java.util.HashSet;import java.util.List;public class DestinationInterpreter extends Interpreter implements Opcodes {    public DestinationInterpreter() {        super(ASM9);        if (getClass() != DestinationInterpreter.class) {            throw new IllegalStateException();        }    }    protected DestinationInterpreter(final int api) {        super(api);    }    @Override    public SourceValue newValue(Type type) {        if (type == Type.VOID_TYPE) {            return null;        }        return new SourceValue(type == null ? 1 : type.getSize(), new HashSet<>());    }    @Override    public SourceValue newOperation(AbstractInsnNode insn) {        int size;        switch (insn.getOpcode()) {            case LCONST_0:            case LCONST_1:            case DCONST_0:            case DCONST_1:                size = 2;                break;            case LDC:                Object value = ((LdcInsnNode) insn).cst;                size = value instanceof Long || value instanceof Double ? 2 : 1;                break;            case GETSTATIC:                size = Type.getType(((FieldInsnNode) insn).desc).getSize();                break;            default:                size = 1;                break;        }        return new SourceValue(size, new HashSet<>());    }    @Override    public SourceValue copyOperation(AbstractInsnNode insn, SourceValue value) throws AnalyzerException {        int opcode = insn.getOpcode();        if (opcode >= ISTORE && opcode <= ASTORE) {            value.insns.add(insn);        }        return new SourceValue(value.getSize(), new HashSet<>());    }    @Override    public SourceValue unaryOperation(AbstractInsnNode insn, SourceValue value) throws AnalyzerException {        value.insns.add(insn);        int size;        switch (insn.getOpcode()) {            case LNEG:            case DNEG:            case I2L:            case I2D:            case L2D:            case F2L:            case F2D:            case D2L:                size = 2;                break;            case GETFIELD:                size = Type.getType(((FieldInsnNode) insn).desc).getSize();                break;            default:                size = 1;                break;        }        return new SourceValue(size, new HashSet<>());    }    @Override    public SourceValue binaryOperation(AbstractInsnNode insn, SourceValue value1, SourceValue value2) throws AnalyzerException {        value1.insns.add(insn);        value2.insns.add(insn);        int size;        switch (insn.getOpcode()) {            case LALOAD:            case DALOAD:            case LADD:            case DADD:            case LSUB:            case DSUB:            case LMUL:            case DMUL:            case LDIV:            case DDIV:            case LREM:            case DREM:            case LSHL:            case LSHR:            case LUSHR:            case LAND:            case LOR:            case LXOR:                size = 2;                break;            default:                size = 1;                break;        }        return new SourceValue(size, new HashSet<>());    }    @Override    public SourceValue ternaryOperation(AbstractInsnNode insn, SourceValue value1, SourceValue value2, SourceValue value3) throws AnalyzerException {        value1.insns.add(insn);        value2.insns.add(insn);        value3.insns.add(insn);        return new SourceValue(1, new HashSet<>());    }    @Override    public SourceValue naryOperation(AbstractInsnNode insn, List values) throws AnalyzerException {        if (values != null) {            for (SourceValue v : values) {                v.insns.add(insn);            }        }        int size;        int opcode = insn.getOpcode();        if (opcode == MULTIANEWARRAY) {            size = 1;        }        else if (opcode == INVOKEDYNAMIC) {            size = Type.getReturnType(((InvokeDynamicInsnNode) insn).desc).getSize();        }        else {            size = Type.getReturnType(((MethodInsnNode) insn).desc).getSize();        }        return new SourceValue(size, new HashSet<>());    }    @Override    public void returnOperation(AbstractInsnNode insn, SourceValue value, SourceValue expected) throws AnalyzerException {        // Nothing to do.    }    @Override    public SourceValue merge(final SourceValue value1, final SourceValue value2) {        return new SourceValue(Math.min(value1.size, value2.size), new HashSet<>());    }}

2. 示例：查找相关的指令

2.1. 预期目标

假如有一个HelloWorld类：

public class HelloWorld {    public void test() {        int a = 1;        int b = 2;        int c = 3;        int d = 4;        int sum = add(a, b);        int diff = sub(c, d);        int result = mul(sum, diff);        System.out.println(result);    }    public int add(int a, int b) {        return a + b;    }    public int sub(int a, int b) {        return a - b;    }    public int mul(int a, int b) {        return a * b;    }}

我们对test方法进行分析，想实现的预期目标：如果想删除对某一个方法的调用，有哪些指令会变得无效呢？

例如，想删除add(a, b)方法调用，直接使用int sum = 10;，那么a和b两个变量就不需要了：

public class HelloWorld {    public void test() {        int c = 3;        int d = 4;        int sum = 10;        int diff = sub(c, d);        int result = mul(sum, diff);        System.out.println(result);    }    // ...}

2.2. 编码实现

import org.objectweb.asm.Opcodes;import org.objectweb.asm.tree.AbstractInsnNode;import org.objectweb.asm.tree.InsnList;import org.objectweb.asm.tree.MethodNode;import org.objectweb.asm.tree.VarInsnNode;import org.objectweb.asm.tree.analysis.*;import java.util.ArrayList;import java.util.Arrays;import java.util.List;public class RelatedInstructionDiagnosis {    public static int[] diagnose(String className, MethodNode mn, int insnIndex) throws AnalyzerException {        // 第一步，判断insnIndex范围是否合理        InsnList instructions = mn.instructions;        int size = instructions.size();        if (insnIndex < 0 || insnIndex >= size) {            String message = String.format("the insnIndex argument should in range [0, %d]", size - 1);            throw new IllegalArgumentException(message);        }        // 第二步，获取两个Frame        Frame[] sourceFrames = getSourceFrames(className, mn);        Frame[] destinationFrames = getDestinationFrames(className, mn);        // 第三步，循环处理，所有结果记录到这个intArrayList变量中        TIntArrayList intArrayList = new TIntArrayList();        // 循环tmpInsnList        List tmpInsnList = new ArrayList<>();        AbstractInsnNode insnNode = instructions.get(insnIndex);        tmpInsnList.add(insnNode);        for (int i = 0; i < tmpInsnList.size(); i++) {            AbstractInsnNode currentNode = tmpInsnList.get(i);            int opcode = currentNode.getOpcode();            int index = instructions.indexOf(currentNode);            intArrayList.add(index);            // 第一种情况，处理load相关的opcode情况            Frame srcFrame = sourceFrames[index];            if (opcode >= Opcodes.ILOAD && opcode <= Opcodes.ALOAD) {                VarInsnNode varInsnNode = (VarInsnNode) currentNode;                int localIndex = varInsnNode.var;                SourceValue value = srcFrame.getLocal(localIndex);                for (AbstractInsnNode insn : value.insns) {                    if (!tmpInsnList.contains(insn)) {                        tmpInsnList.add(insn);                    }                }            }            // 第二种情况，从dstFrame到srcFrame查找            Frame dstFrame = destinationFrames[index];            int stackSize = dstFrame.getStackSize();            for (int j = 0; j < stackSize; j++) {                SourceValue value = dstFrame.getStack(j);                if (value.insns.contains(currentNode)) {                    for (AbstractInsnNode insn : srcFrame.getStack(j).insns) {                        if (!tmpInsnList.contains(insn)) {                            tmpInsnList.add(insn);                        }                    }                }            }        }        // 第四步，将intArrayList变量转换成int[]，并进行排序        int[] array = intArrayList.toNativeArray();        Arrays.sort(array);        return array;    }    private static Frame[] getSourceFrames(String className, MethodNode mn) throws AnalyzerException {        Analyzer analyzer = new Analyzer<>(new SourceInterpreter());        return analyzer.analyze(className, mn);    }    private static Frame[] getDestinationFrames(String className, MethodNode mn) throws AnalyzerException {        Analyzer analyzer = new Analyzer<>(new DestinationInterpreter());        return analyzer.analyze(className, mn);    }}

2.3. 进行分析

public class HelloWorldAnalysisTree {    public static void main(String[] args) throws Exception {        String relative_path = "sample/HelloWorld.class";        String filepath = FileUtils.getFilePath(relative_path);        byte[] bytes = FileUtils.readBytes(filepath);        //（1）构建ClassReader        ClassReader cr = new ClassReader(bytes);        //（2）生成ClassNode        int api = Opcodes.ASM9;        ClassNode cn = new ClassNode(api);        int parsingOptions = ClassReader.SKIP_DEBUG | ClassReader.SKIP_FRAMES;        cr.accept(cn, parsingOptions);        //（3）进行分析        List methods = cn.methods;        MethodNode mn = methods.get(1);        int[] array = RelatedInstructionDiagnosis.diagnose(cn.name, mn, 11);        System.out.println(Arrays.toString(array));        BoxDrawingUtils.printInstructionLinks(mn.instructions, array);    }}

输出结果：

[0, 1, 2, 3, 8, 9, 10, 11]┌──── 000: iconst_1├──── 001: istore_1├──── 002: iconst_2├──── 003: istore_2│     004: iconst_3│     005: istore_3│     006: iconst_4│     007: istore 4├──── 008: aload_0├──── 009: iload_1├──── 010: iload_2└──── 011: invokevirtual HelloWorld.add      012: istore 5      013: aload_0      014: iload_3      015: iload 4      016: invokevirtual HelloWorld.sub      017: istore 6      018: aload_0      019: iload 5      020: iload 6      021: invokevirtual HelloWorld.mul      022: istore 7      023: getstatic System.out      024: iload 7      025: invokevirtual PrintStream.println      026: return

3. 测试用例

3.1. switch-yes

public class HelloWorld {    public void test(int val) {        double doubleValue = Math.random();        switch (val) {            case 10:                System.out.println("val = 10");                break;            case 20:                System.out.println("val = 20");                break;            case 30:                System.out.println("val = 30");                break;            case 40:                System.out.println("val = 40");                break;            default:                System.out.println("val is unknown");        }        System.out.println(doubleValue); // 分析这条语句    }}

输出结果：

[0, 1, 29, 30, 31]┌──── 000: invokestatic Math.random├──── 001: dstore_2│     002: iload_1│     003: lookupswitch {│              10: L0│              20: L1│              30: L2│              40: L3│              default: L4│          }│     004: L0│     005: getstatic System.out│     006: ldc "val = 10"│     007: invokevirtual PrintStream.println│     008: goto L5│     009: L1│     010: getstatic System.out│     011: ldc "val = 20"│     012: invokevirtual PrintStream.println│     013: goto L5│     014: L2│     015: getstatic System.out│     016: ldc "val = 30"│     017: invokevirtual PrintStream.println│     018: goto L5│     019: L3│     020: getstatic System.out│     021: ldc "val = 40"│     022: invokevirtual PrintStream.println│     023: goto L5│     024: L4│     025: getstatic System.out│     026: ldc "val is unknown"│     027: invokevirtual PrintStream.println│     028: L5├──── 029: getstatic System.out├──── 030: dload_2└──── 031: invokevirtual PrintStream.println      032: return

3.2. switch-no

在当前的解决思路中，还不能很好的处理创建对象（new）的情况。

public class HelloWorld {    public void test(int val) {        Random rand = new Random(); // 注意，这里创建了Random对象        double doubleValue = rand.nextDouble();        switch (val) {            case 10:                System.out.println("val = 10");                break;            case 20:                System.out.println("val = 20");                break;            case 30:                System.out.println("val = 30");                break;            case 40:                System.out.println("val = 40");                break;            default:                System.out.println("val is unknown");        }        System.out.println(doubleValue); // 分析这条语句    }}

输出结果：

[0, 3, 4, 5, 6, 34, 35, 36]┌──── 000: new Random                              // new + dup + invokespecial三个指令一起来创建对象│     001: dup                                     // 当前的方法只分析出了new，而没有分析出dup和invokespecial│     002: invokespecial Random.├──── 003: astore_2├──── 004: aload_2├──── 005: invokevirtual Random.nextDouble├──── 006: dstore_3│     007: iload_1│     008: lookupswitch {│              10: L0│              20: L1│              30: L2│              40: L3│              default: L4│          }│     009: L0│     010: getstatic System.out│     011: ldc "val = 10"│     012: invokevirtual PrintStream.println│     013: goto L5│     014: L1│     015: getstatic System.out│     016: ldc "val = 20"│     017: invokevirtual PrintStream.println│     018: goto L5│     019: L2│     020: getstatic System.out│     021: ldc "val = 30"│     022: invokevirtual PrintStream.println│     023: goto L5│     024: L3│     025: getstatic System.out│     026: ldc "val = 40"│     027: invokevirtual PrintStream.println│     028: goto L5│     029: L4│     030: getstatic System.out│     031: ldc "val is unknown"│     032: invokevirtual PrintStream.println│     033: L5├──── 034: getstatic System.out├──── 035: dload_3└──── 036: invokevirtual PrintStream.println      037: return

4. 总结

本文内容总结如下：

第一点，模拟SourceInterpreter类来编写一个DestinationInterpreter类，这两个类的作用是相反的。
第二点，结合SourceInterpreter和DestinationInterpreter类，用来查找相关的指令。

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#yyds干货盘点#Java ASM系列：（093）反编译-方法参数

摘要：如何反编译方法参数提出问题我们在学习的过程中，多多少少都会用到工具，它可以将具体的文件转换成相应的代码。预期目标将方法调用的参数进行反编译。例如，将下面的反编译成。本文属于Java ASM系列三：Tree API当中的一篇。1. 如何反编译方法参数1.1. 提出问题我们在学习Java的过程中，多多少少都会用到...

jayzou 2021-11-24 09:39 评论0 收藏0
#yyds干货盘点#Java ASM系列：（091）冗余变量分析

摘要：程序中定义的变量是存储在当中。判断和是否相同，如果相同，那么表示是冗余的变量。示例冗余变量分析预期目标在下面的代码中，会提示和局部变量是多余的我们的预期目标识别出和是冗余变量。本文属于Java ASM系列三：Tree API当中的一篇。 1. 如何判断变量是否冗余如果在IntelliJ IDEA当中编写如下的代码，它会提示str2和str3局部变量是多余的： ...

mengbo 2021-11-23 10:11 评论0 收藏0
#yyds干货盘点#Java ASM系列：（098）Cyclomatic Complexity

摘要：本文属于系列三当中的一篇。编码实现在下面的类当中，关键点是定义了一个字段，用来记录当前与其它之间的关联关系。第二点，修改方法，记录之间的关联关系。注意，这里抛出异常下面的类的方法的复杂度是。第二点，代码示例，如何使用实现计算。本文属于Java ASM系列三：Tree API当中的一篇。1. Cyclomati...

不知名网友 2021-11-29 10:50 评论0 收藏0
#yyds干货盘点#K8S ConfigMap 配置

摘要：资源用于在运行时将配置文件命令行参数环境变量端口号以及其他配置工件绑定至的容器和系统组件。是标准的资源类型，它隶属名称空间级别，支持命令式命令命令式对象配置及声明式对象配置种管理接口。 ConfigMap 和 Secret 是 Kubernetes 系统上两种特殊类型的存储卷，前者用于为容器中的应用提供配置数据以定制程序的...

Karuru 2021-11-23 09:51 评论0 收藏0
学习Java必备的基础知识04，要想学好必须扎实基本功（⭐建议收藏）#yyds干货盘点#

Day04-Java@[toc]关于作者• 作者介绍???? 博客主页：作者主页???? 简介：JAVA领域优质创作者????、一名在校大三学生????、在校期间参加各种省赛、国赛，斩获一系列荣誉????。???? 关注我：关注我学习资料、文档下载统统都有，每日定时更新文章，励志做一名JAVA资深程序猿????‍????。数组数组的引用传递public class TestDemo1{ pu...

MangoGoing 2021-11-25 09:44 评论0 收藏0