两种形式的安卓字节码插桩


字节码插桩发生时机


首先需要编写gradle插件

  • 由上图可知,gradle插件可以由三种方式编写:
  1. 直接在.gralde文件。可以在这个文件中 以脚本文件的方式 实现字节码插桩
  2. 使用buildSrc目录 或 创建java模块。可以使用这种 代码的方式 实现字节码插桩

ASM操作大致


实现目标

  • 下面两种实现,都是对MainActivity中的setText方法进行插桩。将txt改成“修改后的内容”(即添加 txt="修改后的内容")

方式一:直接在.gralde文件进行插桩编写

  • 原理: gradle构建时会经过各种语言编译成class文件,然后使用一个统一任务将class文件编译成各个dex文件。
  • 字节码插桩实现基本流程
  • 实现了插桩的gradle脚本文件。我对文件的命名为classinsert.gradle。所以是在app的build.gralde通过 apply from: 'classinsert.gradle'使用
import org.objectweb.asm.ClassReader
import org.objectweb.asm.ClassVisitor
import org.objectweb.asm.ClassWriter
import org.objectweb.asm.MethodVisitor
import org.objectweb.asm.Opcodes

import java.util.jar.JarEntry
import java.util.jar.JarFile
import java.util.jar.JarOutputStream

afterEvaluate {
    android.getApplicationVariants().all {
        variant ->
            //获取当前是Debug还是Release
            String name = variant.getName()
            //将首字母大写
            String capitalizeName = name.capitalize()
            //获取class转成dex的Task
            Task task = project.getTasks().findByName("dexBuilder" + capitalizeName)
            //定义 task 运行之前的操作
            System.out.println("定义 task 运行之前的操作")
            if (task != null) {
                task.doFirst {
                    System.out.println("获取输入的所有文件")
                    //获取输入的所有文件
                    Set<File> fileSet = task.getInputs().getFiles().getFiles()
                    //遍历所有文件
                    System.out.println("遍历所有文件")
                    for (File file : fileSet) {
                        String filePath = file.getAbsolutePath()
                        if (filePath.endsWith("jar")) { // jar或class
                            //System.out.println("处理jar文件")
                           //inteceptorJar(file)
                        } else {
                            System.out.println("处理class文件")
                            inteceptorClass(file)
                        }
                    }
                }
            }
    }
}

//处理Class文件
static void inteceptorClass(File dir) {
    if (dir.isDirectory()) {
        System.out.println("class文件是目录")
        List<File> classFileLsit = new ArrayList<>();
        listAllFile(dir, classFileLsit);
        for (File file : classFileLsit) {
            String name = file.getName();
            System.out.println("directoryInput:::" + name);
            if (name.contains("MainActivity")) {
                FileInputStream fileInputStream = null;
                FileOutputStream fileOutputStream = null;
                try {
                    fileInputStream = new FileInputStream(file);
                    byte[] bytes = inserData(fileInputStream);
                    //将修改写回文件
                    fileOutputStream = new FileOutputStream(file)
                    fileOutputStream.write(bytes);
                    fileOutputStream.flush()
                } finally {
                    try {
                        if (fileInputStream != null)
                            fileInputStream.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    try {
                        if (fileOutputStream != null)
                            fileOutputStream.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
}

//处理jar包
static void inteceptorJar(File file) {
    FileOutputStream fileOutputStream = null
    JarOutputStream jarOutputStream = null
    InputStream inputStream = null;
    try {
        //任务输出后,输出前的jar包 以 .bak 后缀存在
        File bakJar = new File(file.getParent(), file.getName() + ".bak")
        fileOutputStream = new FileOutputStream(bakJar)
        jarOutputStream = new JarOutputStream(fileOutputStream)

        JarFile jarFile = new JarFile(file)
        Enumeration<JarEntry> entries = jarFile.entries()
        while (entries.hasMoreElements()) {
            JarEntry jarEntry = entries.nextElement()
            inputStream = jarFile.getInputStream(jarEntry)

            String className = jarEntry.getName()
            if (className.endsWith(".class") && !className.contains("Application") && !isSystemClass(className)) {
                byte[] bytes = read(inputStream)
                //做处理
                jarOutputStream.write(bytes)
            } else { //不做处理
                jarOutputStream.write(read(inputStream))
            }
            jarOutputStream.closeEntry()
        }
    } finally {
        if (inputStream != null) {
            inputStream.close()
        }
        if (jarOutputStream != null) {
            jarOutputStream.close()
        }
        if (fileOutputStream != null) {
            fileOutputStream.close()
        }
    }
}

//对byte[]进行ASM操作
static byte[] inserData(InputStream inputStream) throws IOException {
    ClassReader cr = new ClassReader(inputStream)
    ClassWriter cw = new ClassWriter(cr, 0)
    ClassVisitor cv = new ClassVisitor(Opcodes.ASM4, cw) {

        @Override
        MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
            MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions)
            if (name == "setText" && descriptor == "(Landroid/widget/TextView;Ljava/lang/String;)V") {
                mv = new MethodVisitor(Opcodes.ASM4, mv) {
                    @Override
                    void visitCode() {
                        super.visitCode();
                        System.out.println("visitCode visitCode visitCode visitCode");
                        mv.visitLdcInsn("修改后的内容")
                        mv.visitVarInsn(Opcodes.ASTORE, 2);
                    }
                }
            }
            return mv
        }
    }
    cr.accept(cv, 0)
    cw.toByteArray()
}

/*************************** 下面都是工具方法而已  ****************************/
//是否属于系统类
static boolean isSystemClass(String className) {
    return className.startsWith("java/") || className.startsWith("javax/") || className.startsWith("android/") || className.startsWith("androidx/")
}

//将InputStream转成byte[]
static byte[] read(InputStream inputStream) {
    if (inputStream == null) {
        return new byte[0];
    }

    ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = null;

    try {
        byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
        int len;
        byte[] buffer = new byte[4096];
        while ((len = inputStream.read(buffer)) != -1) {
            byteArrayOutputStream.write(buffer, 0, len);
        }

        return byteArrayOutputStream.toByteArray();

    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if (byteArrayOutputStream != null) {
            try {
                byteArrayOutputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                byteArrayOutputStream = null;
            }
        }

        if (inputStream != null) {
            try {
                inputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
                inputStream = null;
            }
        }
    }

    return new byte[0];
}

//将目录dir内(包括子级目录)的所有的文件放入reslutList中。(是递归不能过深,不过文件应该没人能放那么深)
static void listAllFile(File dir, List<File> reslutList) {
    if (dir == null) {
        return;
    }

    if (!dir.isDirectory()) {
        return
    }

    File[] fileArray = dir.listFiles();
    for (File file : fileArray) {
        if (file.isDirectory()) {
            listAllFile(file, reslutList);
        } else {
            reslutList.add(file);
        }
    }
}

方式二:使用buildSrc目录 或 创建java模块,实现字节码插桩

  • 由于使用buildSrc目录和创建java模块。编码上是一致的,所以使用buildSrc目录举例说明。
  • build.gralde
repositories {
    google()
    jcenter()
}
dependencies {
    // 由于代码中需要获取依赖中的AppExtension对象,所以下面要添加这个依赖
    implementation 'com.android.tools.build:gradle:3.6.1'
}
tasks.withType(JavaCompile) {
    options.encoding = 'UTF-8'
}
  • 插件类
import org.gradle.api.Plugin;
import org.gradle.api.Project;
import org.gradle.api.plugins.ExtensionContainer;

public class PKPlugin implements Plugin<Project> {
    @Override
    public void apply(Project project) {
        ExtensionContainer extensionContainer = project.getExtensions();
        //获取谷歌提供的android配置项的Bean:AppExtension
        AppExtension appExtension = (AppExtension) extensionContainer.getByName("android");
        if (appExtension == null) {
            System.out.println("AppExtension 为空");
            return;
        }
        //注册了谷歌提供的监听class文件转成dex文件的方法。传入PKTransform去处理
        appExtension.registerTransform(new PKTransform());
    }
}
  • 自定义PKTransform类
import org.objectweb.asm.ClassReader;
import org.objectweb.asm.ClassWriter;



public class PKTransform extends Transform { // 注册 Transform
    @Override
    public String getName() { // 保证返回的唯一性就行,相当于ID
        return "PK_CLASS_CODE_INSERT_PK";
    }

    @Override
    public Set<QualifiedContent.ContentType> getInputTypes() { // 要接收的种类,只有CLASS和RESOURCES两种有效
        return TransformManager.CONTENT_CLASS;//这里接收CLASS
    }

    @Override
    public Set<? super QualifiedContent.Scope> getScopes() { // 指定获取的范围:可以鼠标点进QualifiedContent.Scope看种类说明
        return TransformManager.SCOPE_FULL_PROJECT;
    }

    @Override
    public boolean isIncremental() { // 是否增量构建
        return false;
    }

    //将inputs的内容转换到outputProvider中
    @Override
    public void transform(TransformInvocation transformInvocation) throws TransformException, InterruptedException, IOException { //获取接收到的各个数据
        super.transform(transformInvocation);
        TransformOutputProvider outputProvider = transformInvocation.getOutputProvider(); //转换后的数据存储对象
        outputProvider.deleteAll(); //先清空 转换后的数据存储对象

        System.out.println("transform");
        Collection<TransformInput> inputs = transformInvocation.getInputs();
        for (TransformInput input : inputs) {
            System.out.println("转换 DirectoryInput");
            Collection<DirectoryInput> directoryInputs = input.getDirectoryInputs(); //自己写的代码
            for (DirectoryInput directoryInput : directoryInputs) {

                interceptorDirectory(directoryInput);//做处理的方法,下面会写入处理后的内容

                String dirName = directoryInput.getName();
                File src = directoryInput.getFile();
                String md5 = DigestUtils.md2Hex(src.getAbsolutePath());
                File dest = outputProvider.getContentLocation(dirName + md5, directoryInput.getContentTypes(), directoryInput.getScopes(), Format.DIRECTORY);
                FileUtils.copyDirectory(src, dest); //将src文件复制到dest文件
            }

            System.out.println("转换 JarInput");
            Collection<JarInput> jarInputs = input.getJarInputs(); //依赖模块(jar包)
            for (JarInput jarInput : jarInputs) {

                interceptorJar(jarInput);//做处理的方法,下面会写入处理后的内容

                String newJarName = jarInput.getName();
                File src = jarInput.getFile();
                String md5 = DigestUtils.md2Hex(src.getAbsolutePath());
                File dest = outputProvider.getContentLocation(newJarName + md5, jarInput.getContentTypes(), jarInput.getScopes(), Format.JAR);
                FileUtils.copyFile(src, dest); //将src文件复制到dest文件
            }
        }
    }

    private void interceptorDirectory(DirectoryInput directoryInput) {
        File dir = directoryInput.getFile();
        if (dir.isDirectory()) {
            List<File> classFileLsit = new ArrayList<>();
            listAllFile(dir, classFileLsit);
            for (File file : classFileLsit) {
                String name = file.getName();
                System.out.println("directoryInput:::" + name);
                if (name.contains("MainActivity")) {
                    FileInputStream fileInputStream = null;
                    FileOutputStream fileOutputStream = null;
                    try {
                        fileInputStream = new FileInputStream(file);
                        byte[] bytes = IOUtils.read(fileInputStream);
                        //使用ASM修改 bytes
                        ClassReader cr = new ClassReader(bytes);
                        ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);

                        cr.accept(new MyClassVisitor(cw), 0);//使用访问者处理

                        byte[] newBytes = cw.toByteArray();//获取处理后的字节数组
                        fileOutputStream = new FileOutputStream(file);
                        fileOutputStream.write(newBytes);
                        fileOutputStream.flush();
                    } catch (Exception e) {

                    } finally {
                        try {
                            if (fileInputStream != null)
                                fileInputStream.close();
                        } catch (IOException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        try {
                            if (fileOutputStream != null)
                                fileOutputStream.close();
                        } catch (IOException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

    //在转换前做字节码插桩处理
    private void interceptorJar(JarInput jarInput) {
        String jarName = jarInput.getName();
        if (jarName.contains("")) {
            File file = jarInput.getFile();
            try {
                JarFile jarFile = new JarFile(file);
                Enumeration<JarEntry> entries = jarFile.entries();
                while (entries.hasMoreElements()) {
                    JarEntry jarEntry = entries.nextElement();

                    if (jarEntry.getName().equals("com/pk/a.class")) {
                        InputStream inputStream = jarFile.getInputStream(jarEntry);
                        byte[] bytes = IOUtils.read(inputStream);
                        //使用ASM修改 bytes
                        ClassReader cr = new ClassReader(bytes);
                        ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);

                        cr.accept(new MyClassVisitor(cw), 0);//使用访问者处理
                        byte[] newBytes = cw.toByteArray();//获取处理后的字节数组
                        //测试输出的class文件是否改动成功
//                        FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(jarEntry.getAbsolutePath());
//                        fileOutputStream.write(newBytes);
//                        fileOutputStream.close();
                        jarEntry.setExtra(newBytes);
                    }
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    private void listAllFile(File dir, List<File> reslutList) {
        if (dir == null) {
            return;
        }

        if (!dir.isDirectory()) {
            return;
        }

        File[] fileArray = dir.listFiles();
        for (File file : fileArray) {
            if (file.isDirectory()) {
                listAllFile(file, reslutList);
            } else {
                reslutList.add(file);
            }
        }
    }
}
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