java中ASM框架有什么用

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簡介

ASM是java字節(jié)碼操作框架，利用該框架可以達到動態(tài)修改java運行對象代碼的目的，也可以實現(xiàn)動態(tài)代理等功能；

線程和棧幀

要了解ASM字節(jié)碼操作，先要熟悉jvm線程與棧幀結構，jvm開辟一個線程，便會開辟屬于這個線程虛擬機棧，本地方法棧，程序計數(shù)器，其主要作用如下：

• 虛擬機棧:以棧幀為基本單位，一個棧幀的開始地址代表一個方法的入口，棧幀里面有操作數(shù)棧，局部變量表，動態(tài)鏈接，方法出口，其他信息；其說明如下：

• 操作數(shù)棧：:用來存放需要cpu進行計算的基本類型和對象引用，以4個字節(jié)的slot為基本單位；

• 局部變量表：存放當前棧幀涉及到的變量表，以4個字節(jié)的slot為基本單位;

• 動態(tài)鏈接: 存放執(zhí)行常量池的引用，可以實現(xiàn)當前方法的動態(tài)鏈接;

• 方法出口：用于方法的返回，可以是異常的發(fā)生，return操作指令等等；

• 本地方法棧：類似于虛擬機棧，但是保存的是java本地代碼庫的一些信息；

• 程序計數(shù)器：保存該線程指令執(zhí)行位置，待下次調(diào)度時可以接著往下執(zhí)行;
  具體如下圖所示：

   

   

       

  線程虛擬機棧結構.png

基本類型

java字節(jié)碼中的類型表達和java代碼是不一樣的，在java字節(jié)碼中利用如下符號來表達基本類型：

注： L+className;代表某類的引用(";"不能省略)

字節(jié)碼實例:

字節(jié)碼指令操作

字節(jié)碼指令操作其實主要操作局部變量表和操作數(shù)棧，具體流程是：load局部變量到操作數(shù)棧，然后給cpu下達執(zhí)行指令，然后將操作數(shù)棧棧頂元素彈出，從而實現(xiàn)一個操作；
字節(jié)碼指令都有一定的格式：[type+]op["_"+value];

其中type根據(jù)基本類型可以為：i(int 整數(shù)),s(short 短整數(shù)),b(byte 字節(jié)),c(char字符),l(long長整數(shù)),d(double雙精度浮點數(shù)),f(float 浮點數(shù)),a(reference 引用)；
value指的是操作數(shù)，如果操作數(shù)為負數(shù)時需要添加'm"前綴,例如iconstant_m1表示將-1壓棧；如果操作數(shù)值超過一定大小，則會將該操作數(shù)存放在常量池，用#indexbyte表示其位置；
op指的是操作碼，通常用一個字節(jié)表示；

字節(jié)碼指令操作主要分為九大指令：

• 加載和存儲指令：用于將數(shù)據(jù)在操作數(shù)棧和局部變量表來回傳輸；

• 運算指令：用于將操作數(shù)棧棧頂?shù)膬蓚€數(shù)值進行運算，然后重新放入操作數(shù)棧頂;

• 類型轉換指令：用于將兩個不同數(shù)值類型進行相互轉換；

• 對象創(chuàng)建和訪問指令： 用于創(chuàng)建對象和訪問對象

• 操作數(shù)棧管理指令：用于管理操作數(shù)棧，類似普通棧管理

• 控制轉移指令：用于讓jvm從指定位置的指令開始執(zhí)行而不是控制下一條指令位置開始執(zhí)行；

• 方法調(diào)用和返回指令：用于方法調(diào)用和方法返回；

• 異常處理指令：對jvm拋出的異常進行處理指令；

• 方法同步指令：用來控制不同線程對方法的同步控制；

加載和存儲指令

加載指令主要是將局部變量和常量壓入到操作數(shù)棧，具體指令有：

• 常量壓棧指令，常量壓棧指令時根據(jù)常量所占字節(jié)大小劃分，指令如下：

• constant:該常量字節(jié)大小為-1到5的數(shù)值，例如iconstant_0將整數(shù)0壓棧，lconstant_5將長整數(shù)5壓棧；

• bipush:將字節(jié)值為byte類型的數(shù)值轉換為整型，然后壓棧(byte值大小為-128-127)；

• sipush:將字節(jié)值為short類型的數(shù)值轉換為整型，然后壓棧(short值為-32768-32767)；

• ldc: 根據(jù)指定索引值(需要一個字節(jié)存儲的indexbyte)從常量池取出大小在-2147483648~2147483647的常量值，如int，float,Reference型常量值；

• ldc_w:根據(jù)指定寬索引值(需要兩個字節(jié)存儲的索引值)從常量池取出如int,float,Reference等常量值進行壓棧；

• ldc2_w:根據(jù)指定寬索引值從常量池中取出如long,double等常量值進行壓棧；
  如下圖：

   

   

  常量壓棧.png

   

  如上圖所示，其中32767表示操作數(shù)值，在[-32768,32767]之間是不會保存到常量池的，而超過這個值則需要利用indexbyte(#30,#35)代表的索引，去常量池中查找

• load:將局部變量指定位置(具體值或者索引)處的對象壓棧；aload_0將局部變量表0處的引用類型入棧，
  iload indexbyte將局部變量表中indexbyte表示的int類型入棧；caload從char類型數(shù)組中裝載指定項的值（先轉換為int類型值，后壓棧）

• store :將操作數(shù)棧棧頂值彈出并保存到局部變量表中;例如：istore_3將short,byte,char,int類型保存到局部變量表3處根據(jù)類型轉換，lstore [opNum] (opNum需大于3)則將long類型保存到局部變量opNum處；dstore用來保存棧頂?shù)膁ouble類型，fstore用來保存棧頂?shù)膄loat類型；

如下圖所示：

加載存儲指令.png

運算指令

運算指令有以下幾種:

• (T)add:將棧頂T類型的兩個數(shù)值相加后入棧，T：float,int,short,long,double

• (T)sub:將棧頂T類型的兩個數(shù)值相減后入棧，T：float,int,short,long,double

• (T)mul:將棧頂T類型的兩個數(shù)值相乘后入棧，T：float,int,short,long,double

• (T)div:將棧頂T類型的兩個數(shù)值相除后入棧，T：float,int,short,long,double

• (T)rem:將棧頂T類型的兩個數(shù)值取模后入棧，T：float,int,short,long,double

• (T)neg:將棧頂T類型的取負后入棧，T：float,int,short,long,double

• (T)iinc [indexbyte,constantbyte]:將整數(shù)值constbyte加到indexbyte指定的int類型的局部變量中;

   

   

       

  運算指令.png

• (T)shl:算數(shù)左移后入棧，T為非浮點類型的基本類型；

• (T)shr:算數(shù)左移后入棧，T為非浮點類型的基本類型；

• (T)ushl:邏輯左移后入棧，T為非浮點類型的基本類型；

• (T)ushr:邏輯右移后入棧,T為非浮點類型的基本類型；

• (T)and:與操作，T為非浮點類型的基本類型；

• (T)or:或操作，T為非浮點類型的基本類型；

• (T)xor:異或操作,T為非浮點類型的基本類型；

類型轉換指令

類型轉換指令有以下幾種：

• (T)2(V):將T基本類型轉換成V基本類型，如果是長字節(jié)類型轉換短字節(jié)類型，則需要把高位字節(jié)截斷；如l2i:將long轉換成int則會把高4個字節(jié)截斷后剩下的四個字節(jié)轉換成int；

對象創(chuàng)建和訪問指令

對象創(chuàng)建和訪問指令通常需要兩個操作數(shù)indexbyte1和indexbyte2

• new :創(chuàng)建新的對象實例;

• checkcast:強制類型轉換;

• instanceof:判斷是否類實例;

• getField:獲取類實例字段值；

• putField:給類實例字段賦值;

• getStatic:獲取類靜態(tài)變量值;

• putStatic:給類靜態(tài)變量賦值;

• newarray:創(chuàng)建基本類型數(shù)組；

• anewarray:創(chuàng)建引用類型數(shù)組;

• arraylength:獲取一維數(shù)組長度;

操作數(shù)棧管理指令

字等于兩個字節(jié)，半個slot，16位

• nop: 空操作；

• pop :彈出棧頂一個字長數(shù)據(jù);

• pop2:彈出棧頂兩個字長的數(shù)據(jù);

• dup:復制棧頂一個字長的數(shù)據(jù)，同時將該數(shù)據(jù)入棧；

• dup_x1：復制棧頂一個字長的數(shù)據(jù)，同時彈出棧頂兩個字長的數(shù)據(jù)，然后再將復制的數(shù)據(jù)入棧，再將彈出的兩個字入棧;

• dup_x2:復制棧頂一個字長的數(shù)據(jù)，同時彈出棧頂三個字長的數(shù)據(jù)，然后再將復制的數(shù)據(jù)入棧，再將彈出的三個字入棧;

• dup2:復制棧頂兩個字長的數(shù)據(jù)，同時將該數(shù)據(jù)入棧；

• dup2_x1:復制棧頂兩個字長的數(shù)據(jù)，同時彈出棧頂三個字長的數(shù)據(jù)，然后再將復制的數(shù)據(jù)入棧，再將彈出的三個字入棧;

• dup2_x2:復制棧頂兩個字長的數(shù)據(jù)，同時彈出棧頂四個字長的數(shù)據(jù)，然后再將復制的數(shù)據(jù)入棧，再將彈出的四個字入棧;

• swap:交換棧頂兩個字長的數(shù)據(jù)，Java指令中沒有提供交換兩個字長為單位的交換指令；

控制轉移指令:

控制轉移指令分為跳轉指令和比較指令，無條件跳轉指令,表跳轉指令，異常跳轉指令；
跳轉指令：

• ifeq:若棧頂int類型為0則跳轉；

• ifne:若棧頂int類型不為0則跳轉；

• iflt:若棧頂int類型小于0則跳轉；

• ifle: 若棧頂int類型小于等于0則跳轉；

• ifgt:若棧頂int類型大于0則跳轉；

• ifge:若棧頂int類型大于等于0則跳轉；

• if_icmpeq:若棧頂兩int類型相等則跳轉；

• if_icmpne: 若棧頂兩int類型相等則跳轉；

• if_icmplt:若棧頂int前小于后則跳轉;

• if_icpmle:若棧頂int前小于等于后則跳轉;

• if_icpmgt: 若棧頂int前大于后則跳轉;

• if_icpmge: 若棧頂int前大于等于后則跳轉;

• ifnull: 如棧頂引用為空則跳轉;

• ifnonnull:若棧頂引用不為空則跳轉;

• if_acmpeq:若棧頂兩引用相等則跳轉；

• if_acmpne: 若棧頂兩引用不相等則跳轉;

比較指令：

• (T)cmp:比較棧頂兩個T類型大小，前者大，則1入棧；相等則0入棧；后者大則-1入棧；

• (T)cmpl:比較棧頂兩個T類型大小，前者大，則1入棧；相等則0入棧；后者大則-1入棧；有NAN存在，則-1入棧;

• (T)cmpg:比較棧頂兩個T類型大小，前者大，則1入棧；相等則0入棧；后者大則-1入棧；有NAN存在，則-1入棧;

無條件轉移指令:

• goto :無條件轉移到指定位置;

• goto_w:無條件轉移到指定位置(寬索引);

表跳轉指令:

• tableswitch:通過索引訪問跳轉表，并跳轉;

• lookupswitch： 通過健值訪問跳轉表，并跳轉;

異常跳轉指令:

• athrow:拋出異常;

• jsr:跳轉到指定程序;

• jsr_w:跳轉到指定程序(寬索引);

• ret:返回到指定程序;

方法調(diào)用和返回指令:

• invokerspecial:指令用于調(diào)用一些需要特殊處理的實例方法，包括實例初始化方法、私有方法和父類方法，編譯時綁定；

• invokevirtual:指令用于調(diào)用對象的實例方法，根據(jù)對象的實際類型進行分派，運行時綁定；

• invokestatic:調(diào)用靜態(tài)方法;

• invokeinterface:用以調(diào)用接口方法，在運行時搜索一個實現(xiàn)了這個接口方法的對象，找出適合的方法進行調(diào)用；

• invokedynamic:用于處理新的方法分派：它允許應用級別的代碼來確定執(zhí)行哪一個方法調(diào)用，只有在調(diào)用要執(zhí)行的時候，才會進行這種判斷,從而達到動態(tài)語言的支持，lambda方法實現(xiàn)就是依賴于該指令；

• (T)return:方法退出指令，T表示返回類型;
  關于invokespecial和invokevirtual如下圖:

   

   

       

  invokespecial和invokevirtual.png

同步方法指令:

• monitorenter: 進入并獲得對象監(jiān)視器；

• monitorexit:退出并釋放對象監(jiān)視器;

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