Как испускать и выполнять байт-код Java во время выполнения? - PullRequest
Новая
       37

Как испускать и выполнять байт-код Java во время выполнения?

31 голосов
/ 25 октября 2010

Я пишу переводчик на Java для предметно-ориентированного языка с некоторыми возможностями сценариев. Я уже реализовал синтаксический анализатор и теперь нужно сделать бэкэнд. С этой целью я рассматриваю либо написать свой собственный интерпретатор (либо работающий с абстрактными синтаксическими деревьями, либо с некоторыми пользовательскими байт-кодами), либо целевой JVM (генерировать и выполнять байт-код Java во время выполнения).

Может ли кто-то с большим опытом в этой области сказать, насколько осуществим подход нацеливания на JVM и какие библиотеки вы бы порекомендовали использовать для передачи байт-кода Java?

Ответы [ 4 ]

30 голосов
/ 04 ноября 2010

Вот рабочий "привет мир", созданный с помощью ObjectWeb ASM (библиотека, которую я рекомендую): 

package hello;

import java.lang.reflect.Method;

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Label;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

public class HelloWorldASM implements Opcodes {
    public static byte[] compile(String name) {
        ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
        MethodVisitor mv;

        cw.visit(V1_6, ACC_PUBLIC + ACC_SUPER, "hello/HelloWorld", null,
                "java/lang/Object", null);

        cw.visitSource("HelloWorld.java", null);

        {
            mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC, "<init>", "()V", null, null);
            mv.visitCode();
            Label l0 = new Label();
            mv.visitLabel(l0);
            mv.visitLineNumber(4, l0);
            mv.visitVarInsn(ALOAD, 0);
            mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/lang/Object", "<init>",
                    "()V");
            mv.visitInsn(RETURN);
            Label l1 = new Label();
            mv.visitLabel(l1);
            mv.visitLocalVariable("this", "Lhello/HelloWorld;", null, l0, l1,
                    0);
            mv.visitMaxs(1, 1);
            mv.visitEnd();
        }
        {
            mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC, "main",
                    "([Ljava/lang/String;)V", null, null);
            mv.visitCode();
            Label l0 = new Label();
            mv.visitLabel(l0);
            mv.visitLineNumber(7, l0);
            mv.visitFieldInsn(GETSTATIC, "java/lang/System", "out",
                    "Ljava/io/PrintStream;");
            mv.visitLdcInsn(String.format("Hello, %s!", name));
            mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println",
                    "(Ljava/lang/String;)V");
            Label l1 = new Label();
            mv.visitLabel(l1);
            mv.visitLineNumber(8, l1);
            mv.visitInsn(RETURN);
            Label l2 = new Label();
            mv.visitLabel(l2);
            mv.visitLocalVariable("args", "[Ljava/lang/String;", null, l0, l2,
                    0);
            mv.visitMaxs(2, 1);
            mv.visitEnd();
        }
        cw.visitEnd();

        return cw.toByteArray();
    }

    public static class DynamicClassLoader extends ClassLoader {
        public Class<?> define(String className, byte[] bytecode) {
            return super.defineClass(className, bytecode, 0, bytecode.length);
        }
    };

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DynamicClassLoader loader = new DynamicClassLoader();
        Class<?> helloWorldClass = loader.define("hello.HelloWorld",
                compile("Test"));
        Method method = helloWorldClass.getMethod("main", String[].class);
        method.invoke(null, (Object) new String[] {});
    }
}

Для генерации кода я нашел очень полезный плагин Outline для байт-кода для Eclipse . Хотя вы можете использовать ASMifier (входит в состав ASM) следующим образом: 

ClassReader cr = new ClassReader(new FileInputStream("HelloWorld.class"));
cr.accept(new ASMifierClassVisitor(new PrintWriter(System.out)), 0);

Во время выполнения, если вам нужно получить объект Class для созданного класса, вы можете загрузить свой класс, расширив загрузчик классов и опубликовав (через другой метод, например) метод defineClass и предоставив класс как байтовый массив, как показано в примере.

Вы также можете обрабатывать созданный класс с помощью интерфейса, как в этом примере: 

package hello;

import org.objectweb.asm.ClassWriter;
import org.objectweb.asm.Label;
import org.objectweb.asm.MethodVisitor;
import org.objectweb.asm.Opcodes;

public class HelloWorldPlugin implements Opcodes {
    public static interface Plugin {
        void sayHello(String name);
    }

    public static byte[] compile() {

        ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
        MethodVisitor mv;

        cw.visit(V1_6, ACC_PUBLIC + ACC_SUPER, "hello/MyClass", null,
                "java/lang/Object",
                new String[] { "hello/HelloWorldPlugin$Plugin" });

        cw.visitInnerClass("hello/HelloWorldPlugin$Plugin",
                "hello/HelloWorldPlugin", "Plugin", ACC_PUBLIC + ACC_STATIC
                        + ACC_ABSTRACT + ACC_INTERFACE);

        {
            mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC, "<init>", "()V", null, null);
            mv.visitCode();
            Label l0 = new Label();
            mv.visitLabel(l0);
            mv.visitLineNumber(5, l0);
            mv.visitVarInsn(ALOAD, 0);
            mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/lang/Object", "<init>",
                    "()V");
            mv.visitInsn(RETURN);
            Label l1 = new Label();
            mv.visitLabel(l1);
            mv.visitLocalVariable("this", "Lhello/MyClass;", null, l0, l1, 0);
            mv.visitMaxs(1, 1);
            mv.visitEnd();
        }
        {
            mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC, "sayHello",
                    "(Ljava/lang/String;)V", null, null);
            mv.visitCode();
            Label l0 = new Label();
            mv.visitLabel(l0);
            mv.visitLineNumber(9, l0);
            mv.visitFieldInsn(GETSTATIC, "java/lang/System", "out",
                    "Ljava/io/PrintStream;");
            mv.visitTypeInsn(NEW, "java/lang/StringBuilder");
            mv.visitInsn(DUP);
            mv.visitLdcInsn("Hello, ");
            mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/lang/StringBuilder",
                    "<init>", "(Ljava/lang/String;)V");
            mv.visitVarInsn(ALOAD, 1);
            mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/lang/StringBuilder",
                    "append", "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;");
            mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/lang/StringBuilder",
                    "toString", "()Ljava/lang/String;");
            mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println",
                    "(Ljava/lang/String;)V");
            Label l1 = new Label();
            mv.visitLabel(l1);
            mv.visitLineNumber(10, l1);
            mv.visitInsn(RETURN);
            Label l2 = new Label();
            mv.visitLabel(l2);
            mv.visitLocalVariable("this", "Lhello/MyClass;", null, l0, l2, 0);
            mv.visitLocalVariable("name", "Ljava/lang/String;", null, l0, l2,
                    1);
            mv.visitMaxs(4, 2);
            mv.visitEnd();
        }
        cw.visitEnd();

        return cw.toByteArray();
    }

    public static class DynamicClassLoader extends ClassLoader {
        public DynamicClassLoader(ClassLoader parent) {
            super(parent);
        }

        public Class<?> define(String className, byte[] bytecode) {
            return super.defineClass(className, bytecode, 0, bytecode.length);
        }
    };

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DynamicClassLoader loader = new DynamicClassLoader(Thread
                .currentThread().getContextClassLoader());
        Class<?> helloWorldClass = loader.define("hello.MyClass", compile());
        Plugin plugin = (Plugin) helloWorldClass.newInstance();
        plugin.sayHello("Test");
    }
}

Веселитесь.

PS: я могу добавить комментарии к коду, если не достаточно ясно. Я не сделал, потому что ответ уже слишком длинный. Тем не менее, я предлагаю вам попробовать отладить его.

15 голосов
/ 25 октября 2010

Могу предложить вам взглянуть на эти библиотеки:

9 голосов
/ 25 октября 2010

Выезд Jetbrains MPS .Построен парнями, которые принесли нам ИДЕЮ.

2 голосов
/ 04 ноября 2010

С другой точки зрения, я спрашиваю, не думал ли ты использовать XText Это разработано, чтобы позволить вам создавать DSL, редактор кода с дополнением кода, компилятор, генератор кода и так далее.Я думаю, что это действительно круто и имеет хорошую документацию .Стоит взглянуть на это.Вы можете легко создать на его основе компилятор для вашего DSL.

...