Java ASM学习(2) | 易学教程

1.编译后的方法区，其中存储的代码都是一些字节码指令

2.Java虚拟机执行模型：

java代码是在一个线程内部执行，每个线程都有自己的执行栈，栈由帧组成，每个帧表示一个方法的调用，每调用一个方法，都将将新的帧压入执行栈，方法返回时(不管是整成return还是异常返回)，该方法对应的帧都将出栈，即按照先进后出的规则。

执行栈与操作数栈不一样，操作数栈包含在执行栈中。每一帧包括局部变量和操作数栈两部分，操作数栈中包括字节码指令用来当操作数的值。比如a.equals(b)将创建一帧，此时该帧将有一个空栈，并且a和b作为局部变量

字节码指令：

由标识该指令的操作码和固定数目的参数组成，操作码指定要进行哪一类操作，参数指定具体精确行为。指令分为两类，一类在局部变量和操作数栈之间传值，一类从操作数栈弹出值计算后再压入

例如：

ILOAD,LLOAD,FLOAD,DLOAD,ALOAD读取一个局部变量，并将其值压入操作数栈中，其对应的参数是其读取的局部变量索引i(因为局部变量就是通过索引来进行随机访问的)，LLOAD和DLOAD加载时需要两个槽(slot),因为局部变量部分和操作数占部分的每个槽(slot)都可以保存除了long和double之外的java值(long和double需要两个槽)。

ILOAD:加载boolean、char、byte、short、int局部变量
LLOAD:加载long
FLOAD:加载float
DLOAD:加载double
ALOAD:加载对象和数组引用

对应的ISTORE,LSTORE,FSTORE,DSTORE,ASTORE从操作数栈弹出值并将其存储在指定的索引i所代表的局部变量中，所以这些操作指令是和java数据类型密切相关的。存取值和数据类型也相关，比如使用ISTORE 1 ALOAD 1,此时从操作数栈弹出一个int值存入索引1处的局部变量中，再将该值转为对象类型进行转换读取是非法的。但是对于一个局部变量位置，我们可以在运行过程中改变其类型，比如ISTORE 1 ALOAD 1非法，但是ATORE 1 ALOAD1就合法了。具体的字节码指令见ASM指南附A.1

通过一个例子来进行学习，比如以下方法：

package asm;

public class bean {
    private int f;

    public bean() {
    }

    public void setF(int f) {
        this.f = f;
    }

    public int getF() {
        return this.f;
    }
}

直接通过字节码文件查看其class文件结构，其字段就一个int类型的f，访问修饰符为private

setf方法的字节码指令如下

其局部变量表如下，所以有两个值一个就是当前对象this和成员变量f，分别对应下标0和1

这里要设计到几个字节码指令：

GETFIELD owner name desc：读取一个字段的值并将其值压入操作数栈中
PUTFIELD owner name desc：从操作数弹出值存在name所代表的字段中
owner：类的全限定名
GETSTATIC owner name desc和PUTSTATIC owner name desc类似，只是为静态变量

aload 0，读取局部变量this，也就是局部变量表下标为0处的this对象(其在调用这个方法的时候就已经初始化存储在局部变量表中)，然后将其压入操作数栈。

iload 1，读取局部变量f，下标为1(创建帧期间已经初始化，也就是入口参数int f)，压入操作数栈中

putfield #2 <asm/bean.f> 也就是弹出压入的两个值，赋值给asm/bean.f，也就是将入口的int f的值赋给this.f

return 即该方法执行完成，那么该帧从执行栈从弹出

getf对应的字节码指令如下所示：

aload 0，即从局部变量表拿到this放入操作数栈

getfield #2 <asm/bean.f> 即从操作数栈中拿出this，并将this.f的值压入操作数栈

ireturn 返回f的值get方法的调用者，xreturn，x即返回变量对应的修饰符

bean构造方法，字节码指令如下：

aload 0: 从局部变量表拿到this，压入操作数栈

这里要设计方法的调用相关的字节码指令：

INVOKEVIRTUAL owner name desc：
调用owner所表示的类的name方法
desc用来描述一个方法的参数类型和返回类型
INVOKESTATIC：调用静态方法
INVOKESPECIAL: 调用私有方法和构造器
INVOKEINTERFACE: 接口中定义的方法

invokespecial #1 <java/lang/Object.<init>>: 调用object对象的init方法，即super()调用，最后return返回，如果是对于以下代码：

package asm;

public class bean {
    private int f;

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

    public int getF() {
        return f;
    }

}

此时setf的字节码指令如下：

iload 1，从局部表量表中拿出入口参数 int f，压入操作数栈

ifile 9：此时弹出操作数栈中的int f和0进行比较

a.如果小于等于0(这里将大于判断转为小于等于的判断)，则到第12条指令

new #2 ：新建一个异常对象并压入操作数栈

dup：重复压入该值一次

invokespecial #4 : 弹出操作栈中两个对象值其中之一，并调用其构造函数实例化该对象

athrow：弹出操作数栈中剩下的值(另一个异常对象)，并将其作为异常抛出

b.如果大于0，则依次执行

aload0 从局部变量表拿出this对象放入操作数栈中

iload1 拿出入口int f的值压入栈中

putfiled #2 <asm/bean.f>：将int f的值赋给this.f

goto 20: 到第20条字节码指令

return ：返回

感觉和汇编有点像，不过比汇编更容易理解，主要还是方法内的一些操作，能看懂基本的字节码指令，复杂的再去查doc，听说面试有时候会问i++和++i的区别：

package asm;

public class testplus {

    public void plusf(){
        int i=0;
        System.out.println(i++);
    }
       public void pluse(){
        int i=0 ;
        System.out.println(++i);
       }
}

编译后：

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by Fernflower decompiler)
//

package asm;

public class testplus {
    public testplus() {
    }
　　//i++
    public void plusf() {
        int i = 0;
        byte var10001 = i;
        int var2 = i + 1;
        System.out.println(var10001);
    }
　　//++i
    public void pluse() {
        int i = 0;
        int i = i + 1;
        System.out.println(i);
    }
}

首先从生成的class来看，i++编译后竟然用字节存储了i的值，然后i自增1，输出的为字节类型i即0，所以i++，最终输出为0，++i，直接是i自增1，然后输出i，所以最终输出为1，所以for循环用i++，而不用++i

从字节码指令来看：

i++

iconst 0：首先操作数栈中压入常量0

istore 1：然后弹出常量0放入局部变量表索引1处，此时局部变量表处1处从i变为0,操作数栈空

getstatic #2 ：即拿到java.lang.System.out，即取静态变量System.out压入栈中，此时栈中1元素

#2在常量池中为第二个，关于该字段的引用说明如下，out对应的描述符即为Ljava/io/PrintStream; 那么类类型的描述符就是L+类的全限定名+；

iload 1：从局部变量表1处取值，压住操作数栈，即将0压入操作数栈

iinc 1 by 1：给局部变量1处的值+1，此时1处即从0变为1

invokevirtual：调用java.io.PrintStream.println,此时需要的值是从操作数栈中取的，然而此时操作数栈顶弹出的数值为0，所以输出为0

++i

iconst 0：首先操作数栈中压入常量0

istore 1：然后弹出常量0放入局部变量表索引1处，此时局部变量表处1处从i变为0,操作数栈空

getstatic #2 ：即拿到java.lang.System.out，即取静态变量System.out压入栈中，此时栈中1元素

iinc 1 by 1：将局部变量表1处的值加1，即从0变为1

iload 1：加载局部变量表1处的值，压入操作数栈中，即将1压入栈中

invokevirtual：调用java.io.PrintStream.println,此时需要的值是从操作数栈中取的，然而此时操作数栈顶弹出的数值为1，所以输出为1

所以i++和++i的区别从字节码指令上来看就是局部变量表自增和压入操作数栈的顺序不一样，i++是先压栈，后局部变量表自增，++i是先局部变量表自增，后压入操作数栈，这样就完全搞懂了2333~

所以再分析一个巩固巩固：

package asm;

public class testplus {

       public void pluse(){
        int i=0 ;
        int p = 2 + i++ - ++i;
        System.out.println(i);
        System.out.println(p);
       }

    public static void main(String[] args) {
        testplus t = new testplus();
        t.pluse();
    }
}