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简介

ASM是java字节码操作框架，利用该框架可以达到动态修改java运行对象代码的目的，也可以实现动态代理等功能；

线程和栈帧

要了解ASM字节码操作，先要熟悉jvm线程与栈帧结构，jvm开辟一个线程，便会开辟属于这个线程虚拟机栈，本地方法栈，程序计数器，其主要作用如下：

• 虚拟机栈:以栈帧为基本单位，一个栈帧的开始地址代表一个方法的入口，栈帧里面有操作数栈，局部变量表，动态链接，方法出口，其他信息；其说明如下：

• 操作数栈：:用来存放需要cpu进行计算的基本类型和对象引用，以4个字节的slot为基本单位；

• 局部变量表：存放当前栈帧涉及到的变量表，以4个字节的slot为基本单位;

• 动态链接: 存放执行常量池的引用，可以实现当前方法的动态链接;

• 方法出口：用于方法的返回，可以是异常的发生，return操作指令等等；

• 本地方法栈：类似于虚拟机栈，但是保存的是java本地代码库的一些信息；

• 程序计数器：保存该线程指令执行位置，待下次调度时可以接着往下执行;
  具体如下图所示：

   

   

       

  线程虚拟机栈结构.png

基本类型

java字节码中的类型表达和java代码是不一样的，在java字节码中利用如下符号来表达基本类型：

java类型	type	含义
boolean	Z	布尔
char	C	字符
byte	B	字节
short	S	短整型
int	I	整型
long	J	长整型
float	F	浮点数
reference	L	类的引用
void	V	空
double	D	双精度浮点型
Object	Ljava/lang/Object;	对象
int[]	[I	整型数组
Object[][]	[[Ljava/lang/Object;	对象数组

注： L+className;代表某类的引用(";"不能省略)

字节码实例:

Java代码	字节码表示	注释
double[][]	[[D
Object run(int i,double d,Thread t)	(IDLjava/lang/Thread)Ljava/lang/Object;	(方法参数字节码类型)方法返回参数类型

字节码指令操作

字节码指令操作其实主要操作局部变量表和操作数栈，具体流程是：load局部变量到操作数栈，然后给cpu下达执行指令，然后将操作数栈栈顶元素弹出，从而实现一个操作；
字节码指令都有一定的格式：[type+]op["_"+value];

其中type根据基本类型可以为：i(int 整数),s(short 短整数),b(byte 字节),c(char字符),l(long长整数),d(double双精度浮点数),f(float 浮点数),a(reference 引用)；
value指的是操作数，如果操作数为负数时需要添加'm"前缀,例如iconstant_m1表示将-1压栈；如果操作数值超过一定大小，则会将该操作数存放在常量池，用#indexbyte表示其位置；
op指的是操作码，通常用一个字节表示；

字节码指令操作主要分为九大指令：

• 加载和存储指令：用于将数据在操作数栈和局部变量表来回传输；

• 运算指令：用于将操作数栈栈顶的两个数值进行运算，然后重新放入操作数栈顶;

• 类型转换指令：用于将两个不同数值类型进行相互转换；

• 对象创建和访问指令： 用于创建对象和访问对象

• 操作数栈管理指令：用于管理操作数栈，类似普通栈管理

• 控制转移指令：用于让jvm从指定位置的指令开始执行而不是控制下一条指令位置开始执行；

• 方法调用和返回指令：用于方法调用和方法返回；

• 异常处理指令：对jvm抛出的异常进行处理指令；

• 方法同步指令：用来控制不同线程对方法的同步控制；

加载和存储指令

加载指令主要是将局部变量和常量压入到操作数栈，具体指令有：

• 常量压栈指令，常量压栈指令时根据常量所占字节大小划分，指令如下：

• constant:该常量字节大小为-1到5的数值，例如iconstant_0将整数0压栈，lconstant_5将长整数5压栈；

• bipush:将字节值为byte类型的数值转换为整型，然后压栈(byte值大小为-128-127)；

• sipush:将字节值为short类型的数值转换为整型，然后压栈(short值为-32768-32767)；

• ldc: 根据指定索引值(需要一个字节存储的indexbyte)从常量池取出大小在-2147483648~2147483647的常量值，如int，float,Reference型常量值；

• ldc_w:根据指定宽索引值(需要两个字节存储的索引值)从常量池取出如int,float,Reference等常量值进行压栈；

• ldc2_w:根据指定宽索引值从常量池中取出如long,double等常量值进行压栈；
  如下图：

   

   

  常量压栈.png

   

  如上图所示，其中32767表示操作数值，在[-32768,32767]之间是不会保存到常量池的，而超过这个值则需要利用indexbyte(#30,#35)代表的索引，去常量池中查找

• load:将局部变量指定位置(具体值或者索引)处的对象压栈；aload_0将局部变量表0处的引用类型入栈，
  iload indexbyte将局部变量表中indexbyte表示的int类型入栈；caload从char类型数组中装载指定项的值（先转换为int类型值，后压栈）

• store :将操作数栈栈顶值弹出并保存到局部变量表中;例如：istore_3将short,byte,char,int类型保存到局部变量表3处根据类型转换，lstore [opNum] (opNum需大于3)则将long类型保存到局部变量opNum处；dstore用来保存栈顶的double类型，fstore用来保存栈顶的float类型；

如下图所示：

加载存储指令.png

运算指令

运算指令有以下几种:

• (T)add:将栈顶T类型的两个数值相加后入栈，T：float,int,short,long,double

• (T)sub:将栈顶T类型的两个数值相减后入栈，T：float,int,short,long,double

• (T)mul:将栈顶T类型的两个数值相乘后入栈，T：float,int,short,long,double

• (T)div:将栈顶T类型的两个数值相除后入栈，T：float,int,short,long,double

• (T)rem:将栈顶T类型的两个数值取模后入栈，T：float,int,short,long,double

• (T)neg:将栈顶T类型的取负后入栈，T：float,int,short,long,double

• (T)iinc [indexbyte,constantbyte]:将整数值constbyte加到indexbyte指定的int类型的局部变量中;

   

   

       

  运算指令.png

• (T)shl:算数左移后入栈，T为非浮点类型的基本类型；

• (T)shr:算数左移后入栈，T为非浮点类型的基本类型；

• (T)ushl:逻辑左移后入栈，T为非浮点类型的基本类型；

• (T)ushr:逻辑右移后入栈,T为非浮点类型的基本类型；

• (T)and:与操作，T为非浮点类型的基本类型；

• (T)or:或操作，T为非浮点类型的基本类型；

• (T)xor:异或操作,T为非浮点类型的基本类型；

类型转换指令

类型转换指令有以下几种：

• (T)2(V):将T基本类型转换成V基本类型，如果是长字节类型转换短字节类型，则需要把高位字节截断；如l2i:将long转换成int则会把高4个字节截断后剩下的四个字节转换成int；

对象创建和访问指令

对象创建和访问指令通常需要两个操作数indexbyte1和indexbyte2

• new :创建新的对象实例;

• checkcast:强制类型转换;

• instanceof:判断是否类实例;

• getField:获取类实例字段值；

• putField:给类实例字段赋值;

• getStatic:获取类静态变量值;

• putStatic:给类静态变量赋值;

• newarray:创建基本类型数组；

• anewarray:创建引用类型数组;

• arraylength:获取一维数组长度;

操作数栈管理指令

字等于两个字节，半个slot，16位

• nop: 空操作；

• pop :弹出栈顶一个字长数据;

• pop2:弹出栈顶两个字长的数据;

• dup:复制栈顶一个字长的数据，同时将该数据入栈；

• dup_x1：复制栈顶一个字长的数据，同时弹出栈顶两个字长的数据，然后再将复制的数据入栈，再将弹出的两个字入栈;

• dup_x2:复制栈顶一个字长的数据，同时弹出栈顶三个字长的数据，然后再将复制的数据入栈，再将弹出的三个字入栈;

• dup2:复制栈顶两个字长的数据，同时将该数据入栈；

• dup2_x1:复制栈顶两个字长的数据，同时弹出栈顶三个字长的数据，然后再将复制的数据入栈，再将弹出的三个字入栈;

• dup2_x2:复制栈顶两个字长的数据，同时弹出栈顶四个字长的数据，然后再将复制的数据入栈，再将弹出的四个字入栈;

• swap:交换栈顶两个字长的数据，Java指令中没有提供交换两个字长为单位的交换指令；

控制转移指令:

控制转移指令分为跳转指令和比较指令，无条件跳转指令,表跳转指令，异常跳转指令；
跳转指令：

• ifeq:若栈顶int类型为0则跳转；

• ifne:若栈顶int类型不为0则跳转；

• iflt:若栈顶int类型小于0则跳转；

• ifle: 若栈顶int类型小于等于0则跳转；

• ifgt:若栈顶int类型大于0则跳转；

• ifge:若栈顶int类型大于等于0则跳转；

• if_icmpeq:若栈顶两int类型相等则跳转；

• if_icmpne: 若栈顶两int类型相等则跳转；

• if_icmplt:若栈顶int前小于后则跳转;

• if_icpmle:若栈顶int前小于等于后则跳转;

• if_icpmgt: 若栈顶int前大于后则跳转;

• if_icpmge: 若栈顶int前大于等于后则跳转;

• ifnull: 如栈顶引用为空则跳转;

• ifnonnull:若栈顶引用不为空则跳转;

• if_acmpeq:若栈顶两引用相等则跳转；

• if_acmpne: 若栈顶两引用不相等则跳转;

比较指令：

• (T)cmp:比较栈顶两个T类型大小，前者大，则1入栈；相等则0入栈；后者大则-1入栈；

• (T)cmpl:比较栈顶两个T类型大小，前者大，则1入栈；相等则0入栈；后者大则-1入栈；有NAN存在，则-1入栈;

• (T)cmpg:比较栈顶两个T类型大小，前者大，则1入栈；相等则0入栈；后者大则-1入栈；有NAN存在，则-1入栈;

无条件转移指令:

• goto :无条件转移到指定位置;

• goto_w:无条件转移到指定位置(宽索引);

表跳转指令:

• tableswitch:通过索引访问跳转表，并跳转;

• lookupswitch： 通过健值访问跳转表，并跳转;

异常跳转指令:

• athrow:抛出异常;

• jsr:跳转到指定程序;

• jsr_w:跳转到指定程序(宽索引);

• ret:返回到指定程序;

方法调用和返回指令:

• invokerspecial:指令用于调用一些需要特殊处理的实例方法，包括实例初始化方法、私有方法和父类方法，编译时绑定；

• invokevirtual:指令用于调用对象的实例方法，根据对象的实际类型进行分派，运行时绑定；

• invokestatic:调用静态方法;

• invokeinterface:用以调用接口方法，在运行时搜索一个实现了这个接口方法的对象，找出适合的方法进行调用；

• invokedynamic:用于处理新的方法分派：它允许应用级别的代码来确定执行哪一个方法调用，只有在调用要执行的时候，才会进行这种判断,从而达到动态语言的支持，lambda方法实现就是依赖于该指令；

• (T)return:方法退出指令，T表示返回类型;
  关于invokespecial和invokevirtual如下图:

   

   

       

  invokespecial和invokevirtual.png

同步方法指令:

• monitorenter: 进入并获得对象监视器；

• monitorexit:退出并释放对象监视器;

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