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[移动开发]从精准化测试看ASM在Android中的强势插入-JaCoco初探

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在Java技术栈上,基本上提到覆盖率,大家就会想到JaCoco「Java Code Coverage的缩写」,几乎所有的覆盖率项目,都是使用JaCoco,可想而知它的影响力有多大,我们在Android项目中,也集成了JaCoco,官网文档如下。

https://docs.gradle.org/current/userguide/jacoco_plugin.html

但是这里的JaCoco是与单元测试配合使用的,与一般的业务测试场景不太一样,所以,我们需要自己依赖JaCoco来做改造。

初探

官网镇楼

https://www.eclemma.org/jacoco/

从官网上就能看出这是一个极具历史感的项目。最后生成的覆盖率文件,是在 源代码的基础上,用颜色标记不同的执行状态。

image-20210716171811946

在上面这张图中,绿色代表已执行, 红色代表未执行, 黄色代表执行了一部分,这样就可以算出代码的覆盖率数据。

使用全量报表

JaCoco默认的插桩方式是全部插桩,在Android项目中,要使用JaCoco的全量报表功能非常简单,因为JaCoco插件已经集成在Gradle中了,所以我们只需要开启JaCoco即可。

首先,在根目录gradle文件中加入JaCoco的依赖

classpath?"org.jacoco:org.jacoco.core:0.8.4"

然后在App的gradle文件中增加插件的依赖。

apply?plugin:?'jacoco'

并在android标签中,增加开关。

testCoverageEnabled?=?true

接下来引入JaCoco的Report模块,同时exclude掉core,因为其在gradle中已经有依赖了。

implementation('org.jacoco:org.jacoco.report:0.8.4')?{
????exclude?group:?'org.jacoco',?module:?'org.jacoco.core'
}

创建生成Report的Task

def?coverageSourceDirs?=?['../xxxx/src/main/java']

task?jacocoTestReport(type:?JacocoReport)?{
????????group?=?"Reporting"
????????description?=?"Generate?Jacoco?coverage?reports?after?running?tests."
????????reports?{
????????????xml.enabled?=?true
????????????html.enabled?=?true
????????}
????????classDirectories.setFrom(fileTree(
????????????????dir:?'./build/intermediates/javac/xxxxx',?
????????????????excludes:?['**/R*.class']))
????????sourceDirectories.setFrom(files(coverageSourceDirs))
????????executionData.setFrom(files("$buildDir/outputs/code-coverage/connected/coverage.exec"))
????????doFirst?{new?File("$buildDir/intermediates/javac/masterDebug/classes/com/qidian/QDReader").eachFileRecurse?{?file?->
????????????????????????if?(file.name.contains('$$'))?{
????????????????????????????????file.renameTo(file.path.replace('$$',?'$'))
????????????????????????}
????????????????}
????????}
}

在项目中合适的地方来调用这两个方法,分别用来创建JaCoco的Exec文件和写入Exec文件。

private?void?createExecFile()?{
????String?DEFAULT_COVERAGE_FILE_PATH?=?"/mnt/sdcard/"?+?getPackageName();
????String?DEFAULT_COVERAGE_FILE?=?DEFAULT_COVERAGE_FILE_PATH?+?"/coverage.ec";
????File?file_path?=?new?File(DEFAULT_COVERAGE_FILE_PATH);
????File?file?=?new?File(DEFAULT_COVERAGE_FILE);
????Log.d(TAG,?"file_path?=?"?+?file_path);
????if?(!file.exists())?{
????????try?{
????????????file_path.mkdirs();
????????????file.createNewFile();
????????}?catch?(IOException?e)?{
????????????e.printStackTrace();
????????}
????}
}

private?void?writeExecFile()?{
????OutputStream?out?=?null;
????try?{
????????out?=?new?FileOutputStream("/mnt/sdcard/"?+?getPackageName()?+?"/coverage.ec",?true);
????????Object?agent?=?Class.forName("org.jacoco.agent.rt.RT")
????????????????.getMethod("getAgent")
????????????????.invoke(null);
????????out.write((byte[])?agent.getClass().getMethod("getExecutionData",?boolean.class)
????????????????.invoke(agent,?false));
????}?catch?(Exception?e)?{
????????Log.d(TAG,?e.toString(),?e);
????????e.printStackTrace();
????}?finally?{
????????if?(out?!=?null)?{
????????????try?{
????????????????out.close();
????????????}?catch?(IOException?e)?{
????????????????e.printStackTrace();
????????????}
????????}
????}
}

在创建Exec文件后,进行测试,然后写入Exec文件,等测试完毕后,把生成的Exec文件通过ADB pull到本地,再执行jacocoTestReport这个Task即可生成全量的JaCoco覆盖率报告。

花了这么长时间写了这么多,其实并没什么卵用,只是让大家看下如何来使用JaCoco的标准用法。

JaCoco插桩原理

JaCoco在Android上只能使用Offline mode,它的实现机制其实很简单,我们反编译一下它插入的代码。

image-20210617135224018

可以发现,实际上JaCoco就是用一个Boolean数组来标记每句可执行代码,只要执行过相应的语句,当前位就被标记为True,这个标记,官方称之为「探针」(Probe)。

JaCoco对代码的修改主要体现在下面几个地方:

  • 在Class中增加 属性和 jacocoInit方法

  • 在Method中增加了$jacocoInit数字并初始化

  • 增加了对数组的修改

当然,这只是JaCoco最基本的原理,实际的实现细节会更加复杂,例如条件、选择语句、方法函数的探针插入等等,这里不详细深入讨论,感兴趣的朋友可以参考JaCoco的源码:

https://github.com/jacoco/jacoco

性能影响

由于JaCoco只是插入一个探针数组,所以对代码执行的性能开销影响不大,但是由于插入大量的探针代码,所以代码体积会增大不少,一般情况下,Android会在测试包中做插入,而在正式包中去除插入逻辑。

?

当然,借助JaCoco还能玩一些骚操作,比如发到线上,实时统计代码中有哪些代码从未执行过,用于发现潜在的垃圾代码。

?

探针插桩策略

JaCoco的核心逻辑就是要决定,到底在哪插入探针代码。官网文档上对插桩策略写的比较清楚,涉及到字节码的一些原理,所以这里就不深入讲解了,感兴趣的朋友可以通过下面的链接查看。

https://www.jacoco.org/jacoco/trunk/doc/flow.html

关键代码类

JaCoco对代码的探针插入分析,主要是利用了下面这些计数器:

  • 指令计数器(CounterImpl)

  • 行计数器(LineImpl)

  • 方法计算节点(MethodCoverageImpl)

  • 类计算节点(ClassCoverageImpl)

  • Package计算节点(PackageCoverageImpl)

  • Module计算节点(BundleCoverageImpl)

这里面包含了JaCoco的覆盖率数据。

JaCoco的使用其实非常简单,原理也很简单,但要做的好,稳定运行这么多年没有Bug,还是很难的,所以现在市面上做覆盖率的很多软件都逐渐被历史所淘汰了,而剩下的就是经历过时间检验的真金。

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< END >

作者:徐宜生

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加:2021-07-25 11:48:06  更:2021-07-25 11:49:52 
 
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