ASM系列三 利用Methord组件动态生成方法字节码

 一、概述

  　　  ASM的CoreApi 中还提供了对class 中方法的生成和解析的组件。前面两篇着重介绍了ClassVisitor 组件的应用场景。ClassVisitor Api 中的visitMethod(int access, String name, String desc, String signature, String[] exceptions)方法返回了一个MethodVisitor对象，MethodVisitor类提供了对于字节码文件中方法的字节码进行解析。同ClassVisitor一样，MethodVisitor的实例方法也需要按照一定的顺序调用。

visitAnnotationDefault? ( visitAnnotation | visitParameterAnnotation | visitAttribute )* ( visitCode ( visitTryCatchBlock | visitLabel | visitFrame | visitXxxInsn | visitLocalVariable | visitLineNumber )* visitMaxs )? visitEnd

  　　 对于动态生成方法的实现，ASM 提供的主要接口就是MethodVisitor。Methods 组件主要涉及到一下三个类：

   　　1、ClassReader 类负责解析字节码中的method部分，并且顺序调用MethodVisitor的方法。其中MethodVisitor是通过ClassVisitor的visitMethod 返回的对象。而ClassVisitor是通过accept方法的参数形式转递给ClassReader。accept方法在前面章介绍ASM的core api的ClassVisitor部分已经介绍过了。

 　　 2、ClassWriter的visitMethod方法返回了继承自MethodVisitor的实例。并且以二进制数组的形式构建了编译后的方法。

  　　3、MethodVisitor类似一个事件过滤器，可以接受另一个MethodVisitor实例，代理调用所有这个MethodVisitor实例的方法。这个也是类似于前面两章介绍的ClassVisitor。

   下面就开始介绍下用ASM 的MethodVisitor 如何生成和变更、转移methods字节码。

二、生成字节码methods

 

  　　 在了解ASM的methods api 之前，必须要清楚一些字节码的指令和JVM 执行引擎在运行时数据区是运用字节码指令解释执行的。这里可以参看http://yunshen0909.iteye.com/blog/2220937 以及http://yunshen0909.iteye.com/blog/2221144。这里我们结合《JVM 字节码指令对于栈帧数据操作举例》中的例子。生成如下方法：

 public void addEspresso(int espresso) {    
	   if (espresso > 0) {    
	            this.espresso = espresso;    
	        } else {    
	            throw new IllegalArgumentException();    
	        }    
	    }  

 　　为了方便查看字节码生成效果，我们通过ClassWriter 来输出字节数组，并写到文件中，方便查看class 文件。对于ClassWriter Api 参考http://yunshen0909.iteye.com/blog/2219540。Java代码如下：

    

package asm.core.asm.core.method;

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Label;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;

/**
 * methods api 动态生成字节码 Created by yunshen.ljy on 2015/6/24.
 */
public class GenerateClasses {

    public static void main(String[] args) throws IOException {

        ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
        cw.visit(Opcodes.V1_7, Opcodes.ACC_PUBLIC, "bytecode/MethodGenClass", null, "java/lang/Object", null);
        cw.visitField(Opcodes.ACC_PRIVATE, "espresso", "I", null, null).visitEnd();
        MethodVisitor mv = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "addEspresso", "(I)V", null, null);
        // 方法访问开始
        mv.visitCode();
        mv.visitVarInsn(Opcodes.ILOAD, 1);
        // label 代表跳转的字节码位置。
        Label label = new Label();
        mv.visitJumpInsn(Opcodes.IFLT, label);
        mv.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0);
        mv.visitVarInsn(Opcodes.ILOAD, 1);
        mv.visitFieldInsn(Opcodes.PUTFIELD, "bytecode/MethodGenClass", "espresso", "I");
        Label end = new Label();
        mv.visitJumpInsn(Opcodes.GOTO, end);
        mv.visitLabel(label);
        mv.visitFrame(Opcodes.F_SAME, 0, null, 0, null);
        // 创建Exception对象指令
        mv.visitTypeInsn(Opcodes.NEW, "java/lang/IllegalArgumentException");
        mv.visitInsn(Opcodes.DUP);
        // 调用方法指令
        mv.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, "java/lang/IllegalArgumentException", "<init>", "()V", false);
        mv.visitInsn(Opcodes.ATHROW);
        mv.visitLabel(end);
        mv.visitFrame(Opcodes.F_SAME, 0, null, 0, null);
        mv.visitInsn(Opcodes.RETURN);
        mv.visitMaxs(2, 2);
        // 方法访问结束
        mv.visitEnd();
        cw.visitEnd();

        byte[] b = cw.toByteArray();

        File file = new File("MethodGenClass.class");
        FileOutputStream fout = new FileOutputStream(file);
        fout.write(b);
        fout.close();
    }

}

 

      这里先说明一下栈图（Stack Map Table）的概念。详见: http://yunshen0909.iteye.com/admin/blogs/2222417

      在Java7版本之后，需要强制实现栈图结构，不过还好ASM框架给我们处理了生成字节码栈图的细节。构建栈图在ASM框架中，可以通过在无条件跳转语句后调用mv.visitFrame();方法或者调整ClassWriter() 构造器的参数方式来实现，ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);，构造器中的COMPUTE_FRAMES参数会为我们计算Stack Map Table中的frame。本例中，我们采用“手动挡”。visitFrame(type, nLocal, local, nStack, stack)的第一个参数是stack map frame的操作类型，nLocal和nStack是局部变量和操作数栈的size。Local和stack是包含相关类型的数组。本例中，只有两个frame，且记录的状态中操作数栈都是空的，所以参数是(Opcodes.F_SAME, 0, null, 0, null)。

      这里再额外说明一下ClassWriter构造器的另外一种参数。如果我们使用了ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_MAXS);那么COMPUTE_MAXS 就是替我们计算局部变量表和操作数栈的大小，这时候我们还是需要调用  mv.visitMaxs(2, 2);方法，但是可以传递任意参数，因为COMPUTE_MAXS的方式会帮助我们重新计算局部变量和操作数的size。还需要注意的是COMPUTE_MAXS不会为我们计算StackMapFrame，而COMPUTE_FRAMES既会计算栈size,也会计算StackMapFrame，当然使用COMPUTE_MAXS会让ClassWriter慢10%，而使用COMPUTE_FRAMES会慢20%（数据来自ASM官方说明文档，这里就不再测试）。当然，我觉得，如果使用起来的话，我还是宁可用自动挡。这样可以适当增强代码可读性，减少了代码维护成本。如果有很好的算法（如果你确定你比ASM框架写出了更好的实现算法）来计算这些参数，当然手动挡也是一种乐趣。

      上述实现中我们看到了Label label = new Label()这个语句中，label的作用是为了条件跳转，其实也可以理解成字节码指令的参数。所以label必须对应一条字节码指令，通过visitLabel(label)来调用，并且visitLabel的调用必须紧跟随着label对象指定的指令。如例子中，第一个label指向goto后，所以顺序必须是：mv.visitJumpInsn(Opcodes.GOTO, end);

        mv.visitLabel(label);,第二个label也是同理。但是多个字节码指令可能指向同一个label，比如同时跳转到某一个指令执行的情况，并且label是方法独有的，label对象不能跨方法调用。

      下面我们再看一下，例中方法生成的字节码信息。

     

         后续会继续介绍Method Api 的另外一种用法，其实猜猜也知道，同ClassVisitor一样，不仅可以生成字节码，当然也可以动态改变、添加、删除方法的字节码。