如何使用 java 代理和 ASM 监控对象创建？

Question

我想做的是监控对象的创建并为该对象记录一个唯一的 ID。

首先我尝试监视NEW 指令，但它无法工作并抛出VerifyError: (...) Expecting to find object/array on stack。听说NEW之后的对象是未初始化的，所以不能传给其他方法。所以我放弃了这种方法。

其次，我尝试监听<init>的调用，这个方法初始化了未初始化的对象。但是我不确定初始化之后，初始化的对象是否会被压栈？

在我的方法访问者适配器中：

public void visitMethodInsn(int opc, String owner, String name, String desc, boolean isInterface) {
    ...
    mv.visitMethodInsn(opc, owner, name, desc, isInterface);
    if (opc == INVOKESPECIAL && name.equals("<init>")) {
        mv.visitInsn(DUP);
        mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "org/myekstazi/agent/PurityRecorder", "object_new",
                "(Ljava/lang/Object;)V", false);
    }
}

在MyRecorder.java:

public static void object_new(Object ref){
    log("object_new !");
    log("MyRecorder: " + ref);
    log("ref.getClass().getName(): " + ref.getClass().getName());
}

我在演示中尝试过它们，它抛出VerifyError：

Error: A JNI error has occurred, please check your installation and try again
Exception in thread "main" java.lang.VerifyError: Operand stack underflow
Exception Details:
  Location:
    AbstractDemo.<init>()V @4: dup
  Reason:
    Attempt to pop empty stack.
  Current Frame:
    bci: @4
    flags: { }
    locals: { 'AbstractDemo' }
    stack: { }
  Bytecode:
    0x0000000: 2ab7 0001 59b8 003b b1

        at java.lang.Class.getDeclaredMethods0(Native Method)
        at java.lang.Class.privateGetDeclaredMethods(Unknown Source)
        at java.lang.Class.privateGetMethodRecursive(Unknown Source)
        at java.lang.Class.getMethod0(Unknown Source)
        at java.lang.Class.getMethod(Unknown Source)
        at sun.launcher.LauncherHelper.validateMainClass(Unknown Source)
        at sun.launcher.LauncherHelper.checkAndLoadMain(Unknown Source)

它似乎也无法正常工作。是否有其他方法可以监控对象创建？

Answer 1

消息部分

Location:
  AbstractDemo.<init>()V @4: dup

提示：您正在检测构造函数。在构造函数中，invokespecial <init> 也用于委托给同一个类或超类中的另一个构造函数。

调用另一个构造函数的典型顺序是aload_0(this)，push arguments，invokespecial <init>，因此调用后堆栈上没有对象的引用。

VerifyError 的解码字节码如下所示：

  0 aload_0
  1 invokespecial   [1]
  4 dup
  5 invokestatic    [59]
  8 return

通常，您不想报告这些委托构造函数调用，因为它们会导致多次报告同一个对象。但是识别它们可能很棘手，因为接收器类不是可靠的标准。例如，以下是有效的 Java 代码：

public class Example {
    Example reference;
    Example(Example anotherObject) {
        reference = anotherObject;
    }
    Example() {
        this(new Example(null));
        reference.reference = new Example(this);
    }
}

在这里，我们有一个构造函数，其中包含三个具有相同目标类的invokespecial 指令，并且委托构造函数调用既不是第一个也不是最后一个，因此指令本身没有易于检查的属性告诉您这。您必须将提供指令的目标标识为索引为零的aload，即this，以了解指令是否正在初始化当前实例，这在中间有提供指令的参数时是不平凡的。

也就是说，即使在构造函数之外，也不能保证新实例化的对象在堆栈上。当实例化在随后存储或使用结果的表达式上下文中使用时，通常是这种情况，但不在语句上下文中。换句话说，对于像

这样的方法

void test() {
    new Example();
}

简单的编译器实现（如javac）可能会生成表达式代码的等价物，然后是pop指令，但其他实现（如ecj）在这种情况下可以省略前面的dup，从而消除需要后续的pop，因为在invokespecial <init> 指令之后，堆栈上不会有任何引用。

更安全的方法是搜索以new 开头并通向invokespecial <init> 的指令序列（允许嵌套出现）。然后，在new 指令之后注入dup，在invokespecial 之后注入invokestatic。

Answer 2

由于 Holger 的回答中描述的原因，在实例化站点插入新对象可能非常棘手。为了检测对象分配，代理通常采用另一种方式 - 它们修改 Object() 构造函数，因为所有普通构造函数最终都会通过 super() 构造函数链调用 Object()。

但是，这不会捕获所有对象分配。如果您关心数组，您还需要检测 newarray、anewarray、multianewarray 字节码。

此外，本机代码和 JVM 本身可以在不调用构造函数的情况下创建或克隆对象。这需要与 JVM TI 单独处理。

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