Java语言本身是由Java语言规格说明（JLS）所定义的，而Java虚拟机的可执行字节码则是由一个完全独立的标准，即Java虚拟机规格说明（通常也被称为VMSpec）所定义的。\

JVM字节码是通过javac对Java源代码文件进行编译后生成的，生成的字节码与原本的Java语言存在着很大的不同。比方说，在Java语言中为人熟知的一些高级特性，在编译过程中会被移除，在字节码中完全不见踪影。\

这方面最明显的一个例子莫过于Java中的各种循环关键字了（for、while等等），这些关键字在编译过程中会被消除，并替换为字节码中的分支指令。这就意味着在字节码中，每个方法内部的流程控制只包含if语句与jump指令（用于循环）。\

在阅读本文前，我假设读者对于字节码已经有了基本的了解。如果你需要了解一些基本的背景知识，请参考《Java程序员修炼之道》（Well-Grounded Java Developer）一书（作者为Evans与Verburg，由Manning于 2012年出版），或是来自于RebelLabs的这篇（下载PDF需要注册）。\

让我们来看一下这个示例，它对于还不熟悉的JVM字节码的新手来说很可能会感到困惑。该示例使用了javap工具，它本质上是一个Java字节码的反汇编工具，在下载的JDK或JRE中可以找到它。在这个示例中，我们将讨论一个简单的类，它实现了Callable接口：\

\public class ExampleCallable implements Callable {\    public Double call() {\        return 3.1415;\    }\}

我们可以通过对javap工具进行最简单形式的使用，对这个类进行反汇编后得到以下结果：\

\$ javap kathik/java/bytecode_examples/ExampleCallable.class\Compiled from \"ExampleCallable.java\"\public class kathik.java.bytecode_examples.ExampleCallable \       implements java.util.concurrent.Callable {\  public kathik.java.bytecode_examples.ExampleCallable();\  public java.lang.Double call();\  public java.lang.Object call() throws java.lang.Exception;\}

这个反汇编后的结果看上去似乎是错误的，毕竟我们只写一个call方法，而不是两个。而且即使我们尝试手工创建这两个方法，javac也会提示，代码中有两个具有相同名称和参数的方法，它们仅有返回类型的不同，因此这段代码是无法编译的。然而，这个类确确实实是由上面那个真实的、有效的Java源文件所生成的。\

这个示例能够清晰地表明在使用Java中广为人知的一种限制：不可对返回类型进行重载，其实这只是Java语言的一种限制，而不是JVM字符码本身的强制要求。javac确实会在代码中插入一些不存在于原始的类文件中的内容，如果你为此感到担忧，那大可放心，因为这种事每时每刻都在发生！每一位Java程序员最先学到的一个知识点就是：“如果你不提供一个构造函数，那么编译器会为你自动添加一个简单的构造函数”。在javap的输出中，你也能看到其中有一个构造函数存在，而它并不存在于我们的代码中。\

这些额外的方法从某种程度上表明，语言规格说明的需求比VM规格说明中的细节更为严格。如果我们能够直接编写字节码，就可以实现许多“不可能”实现的功能，而这种字节码虽然是合法的，却没有任何一个Java编译器能够生成它们。\

举例来说，我们可以创建出完全不含构造函数的类。Java语言规格说明中要求每个类至少要包含一个构造函数，而如果我们在代码中没有加入构造函数，javac会自动加入一个简单的void构造函数。但是，如果我们能够直接编写字节码，我们完全可以忽略构造函数。这种类是无法实例化的，即使通过反射也不行。\

我们的最后一个例子已经接近成功了，但还是差一口气。在字节码中，我们可以编写一个方法，它将试图调用一个其它类中定义的私有方法。这段字节码是有效的，但如果任何程序打算加载它，它将无法正确地进行链接。这是因为在类型加载器中（classloader）的校验器会检测出这个方法调用的访问控制限制，并且拒绝这个非法访问。\

介绍ASM

如果我们打算在创建的代码中实现这些超越Java语言的行为，那就需要完全手动创建这样的一个类文件。由于这个类文件的格式是两进制的，因此可以选择使用某种类库，它能够让我们对某个抽象的数据结构进行操作，随后将其转换为字节码，并通过流方式将其写入磁盘。\

具备这种功能的类库有多个选择，但在本文中我们将关注于ASM。这是一个非常常见的类库，在Java 8分发包中有一个以内部API的形式提供的版本（其内容稍有不同）。对于用户代码来说，我们选择使用通用的开源类库，而不是JDK中提供的版本，毕竟我们不应当依赖于内部API来实现所需的功能。\

ASM的核心功能在于，它提供了一种API，虽然它看上去有些神秘莫测（有时也会显得有些粗糙），但能够以一种直接的方式反映出字节码的数据结构。\

我们看到的Java运行时是由多年之前的各种设计决策所产生的结果，而在后续各个版本的类文件格式中，我们能够清晰地看到各种新增的内容。\

ASM致力于尽量使构建的类文件接近于真实形态，因此它的基础API会分解为一系列相对简单的方法片段（而这些片段正是用于建模的二进制所关注的）。\

如果程序员打算完全手动编写类文件，就必需理解类文件的整体结构，而这种结构是会随时改变的。幸运的是，ASM能够处理多个不同Java版本中的类文件格式之间的细微差别，而Java平台本身对于可兼容性的高要求也侧面帮助了我们。\

一个类文件依次包含以下内容：\

• 某个特殊的数字（在传统的Unix平台上，Java中的特殊数字是这个历史悠久的、人见人爱的0xCAFEBABE）\
• 正在使用中的类文件格式版本号\
• 常量\
• 访问控制标记（例如类的访问范围是public、protected还是package等等）\
• 该类的类型名称\
• 该类的超类\
• 该类所实现的接口\
• 该类拥有的字段（处于超类中的字段上方）\
• 该类拥有的方法（处于超类中的方法上方）\
• 属性（类级别的注解）

可以用下面这个方法帮助你记忆JVM类文件中的主要部分：\

ASM中提供了两个API，其中最简单的那个依赖于访问者模式。在常见的形式中，ASM只包含最简单的字段以及ClassWrite类（当已经熟悉了ASM的使用和直接操作字节码的方式之后，许多开发者会发现CheckClassAdapter是一个很实用的起点，作为一个ClassVisitor，它对代码进行检查的方式，与Java的类加载子系统中的校验器的工作方式非常想像。）\

让我们看几个简单的类生成的例子，它们都是按照常规的模式创建的：\

• 启动一个ClassVisitor（在我们的示例中就是一个ClassWriter）\
• 写入头信息\
• 生成必要的方法和构造函数\
• 将ClassVisitor转换为字节数组，并写入输出

示例

\public class Simple implements ClassGenerator {\ // Helpful constants\ private static final String GEN_CLASS_NAME = \"GetterSetter\";\ private static final String GEN_CLASS_STR = PKG_STR + GEN_CLASS_NAME;\\ @Override\ public byte[] generateClass() {\   ClassWriter cw = new ClassWriter(0);\   CheckClassAdapter cv = new CheckClassAdapter(cw);\   // Visit the class header\   cv.visit(V1_7, ACC_PUBLIC, GEN_CLASS_STR, null, J_L_O, new String[0]);\   generateGetterSetter(cv);\   generateCtor(cv);\   cv.visitEnd();\   return cw.toByteArray();\ }\\ private void generateGetterSetter(ClassVisitor cv) {\   // Create the private field myInt of type int. Effectively:\   // private int myInt;\   cv.visitField(ACC_PRIVATE, \"myInt\