ASM(三) 利用Method组件动态生成方法的字节码

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 > 1) {
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。



好了，我好饿，先写到这里，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。




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