本文會介紹一下ASM的簡單使用和一些JVM相關的知識，但是不會很詳細的涵蓋所有內容。

爲了方便理解，我會分別介紹以下內容

JVM基礎知識
Java字節碼基礎知識
ASM基礎使用

JVM 基礎知識

因爲字節碼中的指令執行和JVM相關，所以需要先介紹一下JVM基礎知識。

JVM 虛擬機棧

對Java稍有了解的開發人員，應該都知道JVM有一個Java虛擬機棧，棧中的每一個元素被稱爲Frame(棧幀)，你可以簡單的理解一個Java方法和一個Frame對應。

Java某個方法被執行時，首先方法對應的frame先入棧，也就是說棧頂的frame會對應當前正常執行的方法；當一個方法執行完成後，frame出棧。

Frame

Frame由操作數棧和局部變量表組成。

操作數棧

和虛擬機棧類似，操作數棧每個元素表示一個jvm指令。在彙編代碼中，我們會把一些需要被指令使用的值，放在寄存器中，而在JVM裏這一點有所不同。JVM指令執行過程中，會把需要使用到的值放在操作操作數棧內。如果某個指令需要使用n個值，就會從棧頂開始取n個值，然後把執行結果放入操作數棧頂。

局部變量表

操作數棧在執行指令時，我們可能需要把結果佔時賦予某個變量，等待其他指令使用它。這時候就需要使用到局部變量表，通過Xstore指令(X表示不同類型有不同的store指令)，將操作數棧頂元素賦予給指定的局部變量。

接下來我們通過一個java方法，來學習操作數棧和局部變量表的工作方式。

public void hello() {
    int a = 1;
    int b = 2;
    int c = a + b;
    System.out.println(c);
}

方法hello非常簡單，然後通過idea插件ASM Bytecode Outline獲取它的字節碼

  public hello()V
   L0
    ICONST_1
    ISTORE 1
   L1
    ICONST_2
    ISTORE 2
   L2
    ILOAD 1
    ILOAD 2
    IADD
    ISTORE 3
   L3
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
    ILOAD 3
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (I)V
   L4
    RETURN

首先我們對於 int a = 1和int b = 2，它們對應的字節碼爲上面的Label L0 和L1。

`L0`字節碼做了什麼?

ICONST表示將int類型的值1放到操作數棧頂，隨後使用ISTORE將操作數棧頂的int類型值(也就是我們通過ICONST放入棧頂的值1)放入到局部變量表索引1對應的局部變量。L1的字節碼和L0功能類似。

對於`int c = a + b`，我們可以看`L2`。

ILOAD 1和ILOAD 2表示，將索引1和索引2對應的局部變量，放入操作數棧(按照指令執行順序入棧)。使用IADD指令，從操作數棧頂取2個值相加，最後將結果放回操作數棧頂。(這些指令都已I開頭，表示int類型的值) 最後使用ISTORE 3將操作數棧頂的值放到索引3對應的局部變量(對應java代碼將值賦予c)。

`System.out.println(c);`

將c輸出到控制檯的代碼對應L3，GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;表示調用java/lang/System.out靜態方法，它的返回值是Ljava/io/PrintStream類型(字節碼中的JAVA類型可以參考下一節)，返回的結果會放入操作數棧頂。

ILOAD 3表示將索引3對應的局部變量放入操作數棧頂，最後執行INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (I)V 指令，表示調用println方法，後面的(I)V是對方法的描述，表示需要一個int類型參數，返回爲V。具體可以參考下一節。

由於每個frame的工作和棧相關，如果線程不安全，會導致frame入棧出棧錯誤，所以Java虛擬機棧必須是線程安全的，也就是說是Java虛擬機棧是線程私有的。到這裏應該已經能夠理解Java虛擬機棧的工作方式了。

Java 字節碼基礎知識

本節內容會非常的基礎，以最快的方式，學習字節碼的基礎常識，爲之後內容做鋪墊。如果不想看這些煩人的描述，可以先跳過，當然最後你又會回來的 _。，因爲這些是必不可少的知識點。

字節碼中的 Java 類型

boolean 在字節碼中用Z表示
char用C表示
…省略(直接看圖吧)
對應在字節碼中需要以L開頭，後面爲類全路徑名，最後必須以;結尾
數組需要以[開頭

字節碼中的 Java 方法

表格中第一個方法void m(int i, float f)在字節碼中爲(IF)V，括號裏的內容爲方法的參數int i使用I表示，忽略參數名稱，float使用F表示。括號後面的值表示方法返回值，由於此方法沒有返回值(void)，使用V表示void。

其它幾個方法通過上一小節和前面的介紹，可以很容易理解。

字節碼基礎指令

本小節比較枯燥，可以先跳過，遇到後回來查指令功能。

XLoad表示將不同類型的值放入操作數棧頂。

Stack爲操作數棧元素的操作相關的指令。

Constants爲將常數放入到操作數棧的相關指令。

Arithmetic and logic爲一些運算相關的指令。

Casts爲強制轉換的相關指令。

Objects爲對應創建相關的指令。

Methods爲調用方法相關的指令。

Arrays爲數組相關的指令。

到這裏介紹了一些Java字節碼相關的基礎知識，可能並沒有很全。

ASM 修改字節碼

本節將會介紹ASM的使用方式。

ASM框架提供了3個比較特殊的類

ClassReader; 能夠解析class文件，轉化爲二進制數組，對於class的方法，註解，參數等等內容，會作爲ClassVisitor的visitXxx方法參數，提供給ClassVisitor類。
ClassWriter; ClassVisitor子類，能夠將二進制數組轉化爲編譯後的class文件。
ClassVisitor; 對一個類的描述抽象，可以委派visitXxx方法給另一個ClassVisitor。

工作方式如下圖，其中ClassVisitor可以由多個組合而成。

ClassVisitor內部有多個visitXxx方法，分別用於解析class的不同結構。開人同學可以繼承ClassVisitor，實現自己的visitXxx方法，做到修改class內容，最後通過ClassWriter生成新的.class文件。

public abstract class ClassVisitor {
    public void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces);
    public void visitSource(String source, String debug);
    public void visitOuterClass(String owner, String name, String desc);
    public AnnotationVisitor visitAnnotation(String desc, boolean visible);
    public AnnotationVisitor visitTypeAnnotation(int typeRef, TypePath typePath, String desc, boolean visible);
    public void visitAttribute(Attribute attr);
    public void visitInnerClass(String name, String outerName, String innerName, int access);
    public FieldVisitor visitField(int access, String name, String desc, String signature, Object value);
    public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc, String signature, String[] exceptions);
    public void visitEnd();
}

對於如何生成.class文件本文不涉及，因爲網上有很多文章介紹如何生成.class文件，可以自己搜搜。

ASM實操

本小節實際使用ASM修改類的內容。項目repo https://github.com/sweat123/ASM-demo

public class Hello {
    @Add
    public int add(int x, int y) {
        return x + y;
    }
}

通過ASM，如果檢測到方法上有@Add註解，則修改add方法內容如下

public class Hello {
    public int add(int x, int y) {
        int a = x + y;
        return a;
    }
}

maven

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.ow2.asm</groupId>
        <artifactId>asm</artifactId>
        <version>5.1</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.ow2.asm</groupId>
        <artifactId>asm-commons</artifactId>
        <version>5.1</version>
    </dependency>
</dependencies>

定義 Add 註解

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Add {
}

定義 ClassVisitor

ClassVisitor裏面重寫visitMethod方法，由於java對象初始化時，有一個<init>方法，由JVM添加，需要忽略它。

public class AddClassVisitor extends ClassVisitor {

    public AddClassVisitor(final ClassVisitor cv) {
        super(ASM5, cv);
    }

    @Override
    public MethodVisitor visitMethod(final int access, final String name, final String desc, final String signature,final String[] exceptions) {
        MethodVisitor mv = super.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);
        if (!name.equals("<init>")) {
            return new AddMethodVisitor(mv, access, name, desc);
        }
        return mv;
    }
}

定義 MethodVisitor

每個方法對應一個MethodVisitor實例。在MethodVisitor裏將會修改方法內容。AdviceAdapter是asm-commons裏面的一個類，它幫助我們簡化了Asm很多負責操作。它也是MethodVisitor的自類。

首先我們重寫visitAnnotation方法，判斷某個方法是否有@Add註解。如果有，表示當前方法需要被修改。
重寫visitCode方法，如果存在@Add註解，我們通過ASM實現add()方法的內容。

mv.visitVarInsn(Opcodes.ILOAD, 1);表示將指向局部變量表索引爲1的值放入操作數棧。局部變量表的0索引表示this，1~n前幾個指向方法的參數。也就是說1, 2索引指向方法add的x, y參數。

int newLocal = newLocal(Type.INT_TYPE);表示創建一個新的局部變量索引，存放的值類型爲int。

mv.visitVarInsn(Opcodes.ISTORE, newLocal);將結果放入新創建的索引指向的位置，對應java代碼a = x + y。

mv.visitInsn(Opcodes.IRETURN);表示將操作數棧頂值返回給上一個方法。

public class AddMethodVisitor extends AdviceAdapter {

    private boolean addAnnotation = false;

    protected AddMethodVisitor(final MethodVisitor mv, final int access, final String name, final String desc) {
        super(ASM5, mv, access, name, desc);
    }
    @Override
    public AnnotationVisitor visitAnnotation(final String desc, final boolean visible) {
        if (visible && desc.equals("Lcom/github/laomei/asm/Add;")) {
            addAnnotation = true;
        }
        return super.visitAnnotation(desc, visible);
    }
    @Override
    public void visitCode() {
        super.visitCode();
        if (!addAnnotation) {
            super.visitEnd();
            return;
        }
        # 將 x, y放入操作數棧
        mv.visitVarInsn(Opcodes.ILOAD, 1);
        mv.visitVarInsn(Opcodes.ILOAD, 2);
        # 棧頂2個元素相加，將結果放回棧頂
        mv.visitInsn(Opcodes.IADD);
        # 創建新的局部變量表索引
        int newLocal = newLocal(Type.INT_TYPE);
        # 將操作數棧頂值放入創建的索引指向的位置
        mv.visitVarInsn(Opcodes.ISTORE, newLocal);
        # 將結果放回操作數棧頂
        mv.visitVarInsn(Opcodes.ILOAD, newLocal);
        # 返回操作數棧頂值
        mv.visitInsn(Opcodes.IRETURN);
    }
}

執行

public class Main {
    public static void main(String[] args)
            throws IOException {
        ClassReader classReader = new ClassReader("com/github/laomei/asm/Hello");
        ClassWriter classWriter = new ClassWriter(COMPUTE_MAXS);
        AddClassVisitor metricClassVisitor = new AddClassVisitor(classWriter);
        classReader.accept(metricClassVisitor, ClassReader.SKIP_FRAMES);
        byte[] bytes = classWriter.toByteArray();
        File file = new File("Hello.class");
        file.createNewFile();
        FileUtils.writeByteArrayToFile(file, bytes);
    }
}

結果

新生成的Hello.class文件內容，可以看到成功修改了方法內容。

package com.github.laomei.asm;

public class Hello {
    public Hello() {
    }

    @Add
    public int add(int var1, int var2) {
        int var3 = var1 + var2;
        return var3;
    }
}

通過上面的實操，應該算是ASM入門了吧~~

總結

ASM寫起來和彙編類似，其實好像也沒有那麼難吧。。。

JVM基礎知識和ASM修改字節碼

JVM 基礎知識

JVM 虛擬機棧

Frame

操作數棧

局部變量表

`L0`字節碼做了什麼?

對於`int c = a + b`，我們可以看`L2`。

`System.out.println(c);`

Java 字節碼基礎知識

字節碼中的 Java 類型

字節碼中的 Java 方法

字節碼基礎指令

ASM 修改字節碼

ASM實操

maven

定義 Add 註解

定義 ClassVisitor

定義 MethodVisitor

執行

結果

總結

糟糕的 filebeat

mac 安裝多個版本的 jdk

filebeat 寫IO巨高的問題

kafka 增加數據目錄並遷移數據到新目錄

JVM基礎知識和ASM修改字節碼

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結

JVM基礎知識和ASM修改字節碼

JVM 基礎知識

JVM 虛擬機棧

Frame

操作數棧

局部變量表

L0字節碼做了什麼?

對於int c = a + b，我們可以看L2。

System.out.println(c);

Java 字節碼基礎知識

字節碼中的 Java 類型

字節碼中的 Java 方法

字節碼基礎指令

ASM 修改字節碼

ASM實操

maven

定義 Add 註解

定義 ClassVisitor

定義 MethodVisitor

執行

結果

總結

`L0`字節碼做了什麼?

對於`int c = a + b`，我們可以看`L2`。

`System.out.println(c);`