Java教程
Java ASM系列：（031）修改已有的方法（优化－删除－复杂的变换）
本文主要是介绍Java ASM系列：（031）修改已有的方法（优化－删除－复杂的变换），对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！
本文属于[Java ASM系列一：Core API](https://blog.51cto.com/lsieun/2924583)当中的一篇。
## 1. 复杂的变换
### 1.1 stateless transformations
The stateless transformation does not depend on **the instructions that have been visited before the current one**.
举几个关于stateless transformation的例子：
- 添加指令：在方法进入和方法退出时，打印方法的参数和返回值、计算方法的运行时间。
- 删除指令：移除NOP、清空方法体。
- 修改指令：替换调用的方法。
这种stateless transformation实现起来比较容易，所以也被称为simple transformations。
### 1.2 stateful transformations
The **stateful transformation** require memorizing **some state** about **the instructions that have been visited before the current one**.
This requires storing state inside the method adapter.
举几个关于stateful transformation的例子：
- 删除指令：移除`ICONST_0 IADD`。例如，`int d = c + 0;`与`int d = c;`两者效果是一样的，所以`+ 0`的部分可以删除掉。
- 删除指令：移除`ALOAD_0 ALOAD_0 GETFIELD PUTFIELD`。例如，`this.val = this.val;`，将字段的值赋值给字段本身，无实质意义。
- 删除指令：移除`GETSTATIC LDC INVOKEVIRTUAL`。例如，`System.out.println("Hello World");`，删除打印信息。
这种stateful transformation实现起来比较困难，所以也被称为complex transformations。
那么，为什么stateless transformation实现起来比较容易，而stateful transformation会实现起来比较困难呢？做个类比，stateless transformation就类似于“一人吃饱，全家不饿”，不用考虑太多，所以实现起来就比较简单；而stateful transformation类似于“成家之后，要考虑一家人的生活状态”，考虑的事情就多一点，所以实现起来就比较困难。难归难，但是我们还是应该想办法进行实现。
那么，stateful transformation到底该如何开始着手实现呢？在stateful transformation过程中，一般都是涉及到对多个指令（Instruction）同时判断，这多个指令是一个“组合”，不能轻易拆散。我们通过三个步骤来进行实现：
- 第一步，就是将问题本身转换成Instruction指令，然后对多个指令组合的“特征”或遵循的“模式”进行总结。
- 第二步，就是使用这个总结出来的“特征”或“模式”对指令进行识别。在识别的过程当中，每一条Instruction的加入，都会引起原有状态（state）的变化，这就对应着`stateful`的部分；
- 第三步，识别成功之后，要对Class文件进行转换，这就对应着`transformation`的部分。谈到transformation，无非就是对Instruction的内容进行增加、删除和修改等操作。
到这里，就有一个新的问题产生：如何去记录第二步当中的状态（state）变化呢？我们的回答就是，借助于state machine。
### 1.3 state machine
首先，我们回答一个问题：什么是state machine？
A state machine is a behavior model. It consists of **a finite number of states** and is therefore also called finite-state machine (FSM). Based on the **current state** and **a given input** the machine performs **state transitions** and produces outputs.
对于state machine，我想到了这句话：“吾生也有涯，而知也无涯。以有涯随无涯，殆已”。这句话的意思是讲，人们的生命是有限的，而知识却是无限的。以有限的生命去追求无限的知识，势必体乏神伤。我觉得，state machine的聪明之处，就是将“无限”的操作步骤给限定在“有限”的状态里来思考。
接下来，就是给出一个具体的state machine。也就是说，下面的`MethodPatternAdapter`类，就是一个原始的state machine，我们从三个层面来把握它：
- 第一个层面，class info。`MethodPatternAdapter`类，继承自`MethodVisitor`类，本身也是一个抽象类。
- 第二个层面，fields。`MethodPatternAdapter`类，定义了两个字段，其中`SEEN_NOTHING`字段，是一个常量值，表示一个“初始状态”，而`state`字段则是用于记录不断变化的状态。
- 第三个层面，methods。`MethodPatternAdapter`类定义`visitXxxInsn()`方法，都会去调用一个自定义的`visitInsn()`方法。`visitInsn()`方法，是一个抽象方法，它的作用就是让所有的其它状态（state）都回归“初始状态”。
那么，应该怎么使用`MethodPatternAdapter`类呢？我们就是写一个`MethodPatternAdapter`类的子类，这个子类就是一个更“先进”的state machine，它做以下三件事情：
- 第一件事情，从字段层面，根据处理的问题，来定义更多的状态；也就是，类似于`SEEN_NOTHING`的字段。这里就是**对a finite number of states进行定义**。
- 第二件事情，从方法层面，处理好`visitXxxInsn()`的调用，对于`state`字段状态的影响。也就是，输入新的指令（Instruction），都会对`state`字段产生影响。这里就是**构建状态（state）变化的机制**。
- 第三件事情，从方法层面，实现`visitInsn()`方法，根据`state`字段的值，如何回归到“初始状态”。这里就是添加一个“恢复出厂设置”的功能，**让状态（state）归零**，回归到一个初始状态。**让状态（state）归零**，是**构建状态（state）变化的机制**一个比较特殊的环节。结合生活来说，生活中有不顺的地方，就从新开始，从零开始。
```java
import org.objectweb.asm.Handle;
import org.objectweb.asm.Label;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
public abstract class MethodPatternAdapter extends MethodVisitor {
protected final static int SEEN_NOTHING = 0;
protected int state;
public MethodPatternAdapter(int api, MethodVisitor methodVisitor) {
super(api, methodVisitor);
}
@Override
public void visitInsn(int opcode) {
visitInsn();
super.visitInsn(opcode);
}
@Override
public void visitIntInsn(int opcode, int operand) {
visitInsn();
super.visitIntInsn(opcode, operand);
}
@Override
public void visitVarInsn(int opcode, int var) {
visitInsn();
super.visitVarInsn(opcode, var);
}
@Override
public void visitTypeInsn(int opcode, String type) {
visitInsn();
super.visitTypeInsn(opcode, type);
}
@Override
public void visitFieldInsn(int opcode, String owner, String name, String descriptor) {
visitInsn();
super.visitFieldInsn(opcode, owner, name, descriptor);
}
@Override
public void visitMethodInsn(int opcode, String owner, String name, String descriptor) {
visitInsn();
super.visitMethodInsn(opcode, owner, name, descriptor);
}
@Override
public void visitMethodInsn(int opcode, String owner, String name, String descriptor, boolean isInterface) {
visitInsn();
super.visitMethodInsn(opcode, owner, name, descriptor, isInterface);
}
@Override
public void visitInvokeDynamicInsn(String name, String descriptor, Handle bootstrapMethodHandle, Object... bootstrapMethodArguments) {
visitInsn();
super.visitInvokeDynamicInsn(name, descriptor, bootstrapMethodHandle, bootstrapMethodArguments);
}
@Override
public void visitJumpInsn(int opcode, Label label) {
visitInsn();
super.visitJumpInsn(opcode, label);
}
@Override
public void visitLdcInsn(Object value) {
visitInsn();
super.visitLdcInsn(value);
}
@Override
public void visitIincInsn(int var, int increment) {
visitInsn();
super.visitIincInsn(var, increment);
}
@Override
public void visitTableSwitchInsn(int min, int max, Label dflt, Label... labels) {
visitInsn();
super.visitTableSwitchInsn(min, max, dflt, labels);
}
@Override
public void visitLookupSwitchInsn(Label dflt, int[] keys, Label[] labels) {
visitInsn();
super.visitLookupSwitchInsn(dflt, keys, labels);
}
@Override
public void visitMultiANewArrayInsn(String descriptor, int numDimensions) {
visitInsn();
super.visitMultiANewArrayInsn(descriptor, numDimensions);
}
@Override
public void visitTryCatchBlock(Label start, Label end, Label handler, String type) {
visitInsn();
super.visitTryCatchBlock(start, end, handler, type);
}
@Override
public void visitLabel(Label label) {
visitInsn();
super.visitLabel(label);
}
@Override
public void visitFrame(int type, int numLocal, Object[] local, int numStack, Object[] stack) {
visitInsn();
super.visitFrame(type, numLocal, local, numStack, stack);
}
@Override
public void visitMaxs(int maxStack, int maxLocals) {
visitInsn();
super.visitMaxs(maxStack, maxLocals);
}
protected abstract void visitInsn();
}
```
## 2. 示例一：加零
### 2.1 预期目标
假如有一个`HelloWorld`类，代码如下：
```java
public class HelloWorld {
public void test(int a, int b) {
int c = a + b;
int d = c + 0;
System.out.println(d);
}
}
```
我们想要实现的预期目标：将`int d = c + 0;`转换成`int d = c;`。
```text
$ javap -c sample.HelloWorld
Compiled from "HelloWorld.java"
public class sample.HelloWorld {
...
public void test(int, int);
Code:
0: iload_1
1: iload_2
2: iadd
3: istore_3
4: iload_3
5: iconst_0
6: iadd
7: istore 4
9: getstatic #2 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
12: iload 4
14: invokevirtual #3 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
17: return
}
```
### 2.2 编码实现
```java
import org.objectweb.asm.ClassVisitor;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import static org.objectweb.asm.Opcodes.*;
public class MethodRemoveAddZeroVisitor extends ClassVisitor {
public MethodRemoveAddZeroVisitor(int api, ClassVisitor classVisitor) {
super(api, classVisitor);
}
@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {
MethodVisitor mv = cv.visitMethod(access, name, descriptor, signature, exceptions);
if (mv != null && !"
这篇关于Java ASM系列：（031）修改已有的方法（优化－删除－复杂的变换）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！
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