JDK1.6“新“特性Instrumentation之JavaAgent(推薦)

更新時間：2020年08月04日 08:30:28 作者：大火yzs

這篇文章主要介紹了JDK1.6“新“特性Instrumentation之JavaAgent,本文給大家介紹的非常詳細，對大家的學習或工作具有一定的參考借鑒價值，需要的朋友可以參考下

簡介

Java Agent是在JDK1.5以后，我們可以使用agent技術(shù)構(gòu)建一個獨立于應用程序的代理程序（即為Agent），用來協(xié)助監(jiān)測、運行甚至替換其他JVM上的程序。使用它可以實現(xiàn)虛擬機級別的AOP功能。

Agent分為兩種，一種是在主程序之前運行的Agent，一種是在主程序之后運行的Agent（前者的升級版，1.6以后提供）。

JavaAgent的作用Agent給我們程序帶來的影響

Java-Agent

使用Agent-premain方法影響的程序效果圖

使用Agent-agentmain方法影響的程序效果圖

JavaAgent相關(guān)的API

在java.lang.instrument包下給我們提供了相關(guān)的API

而最為主要的就是Instrumentation這個接口中的幾個方法

public interface Instrumentation {
 
 /**
 * 添加Transformer(轉(zhuǎn)換器) 
 * ClassFileTransformer類是一個接口，通常用戶只需實現(xiàn)這個接口的 byte[] transform()方法即可；
 * transform這個方法會返回一個已經(jīng)轉(zhuǎn)換過的對象的byte[]數(shù)組
 * @param transformer 攔截器
 * @return canRetransform 是否能重新轉(zhuǎn)換
 */
 	void addTransformer(ClassFileTransformer transformer, boolean canRetransform); 

 /**
 * 重新觸發(fā)類加載，
 * 該方法可以修改方法體、常量池和屬性值，但不能新增、刪除、重命名屬性或方法，也不能修改方法的簽名
 * @param classes Class對象
 * @throws UnmodifiableClassException 異常
 */
 void retransformClasses(Class<?>... classes) throws UnmodifiableClassException;

 /**
 * 直接替換類的定義
 * 重新轉(zhuǎn)換某個對象,并已一個新的class格式，進行轉(zhuǎn)化。
 * 該方法可以修改方法體、常量池和屬性值，但不能新增、刪除、重命名屬性或方法，也不能修改方法的簽名
 * @param definitions ClassDefinition對象[Class定義對象]
 * @throws ClassNotFoundException,UnmodifiableClassException 異常
 */
 void redefineClasses(ClassDefinition... definitions)throws ClassNotFoundException, UnmodifiableClassException;

 /**
 * 獲取當前被JVM加載的所有類對象
 * @return Class[] class數(shù)組
 */
 Class[] getAllLoadedClasses();
}

后面我們會在代碼中具體用到這些方法。再詳細說明。

JavaAgent-premain方法1-初探效果：

實現(xiàn)main方法前執(zhí)行業(yè)務邏輯

Agent1.java

public class Agent1 {
 public static void premain(String agent){
 System.out.println("Agent1 premain :" + agent);
 }
}

Demo1.java

public class Demo1 {

 /**
 * VM參數(shù)
 * -javaagent:D:\desktop\text\code\mycode\JavaAgentDemo\agent\target/agent.jar=input
 * */
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 System.out.println("demo1");
 }
}

resources/META-INF/MANIFEST.MF

Manifest-Version: 1.0
Archiver-Version: Plexus Archiver
Built-By: dahuoyzs
Created-By: Apache Maven 3.6.0
Build-Jdk: 1.8.0_171
Premain-Class: cn.bigfire.Agent1
Can-Retransform-Classes: true

運行效果

Agent1 premain :input
demo1

JavaAgent-premain方法2-實現(xiàn)修改代碼邏輯效果：

實現(xiàn) 修改程序源代碼 hello -> hello agented

Agent2.java

public class Agent2 {
 /**
 * 可以運行在main方法啟動前
 * @param agent 輸入的參數(shù)
 * @param instrumentation 輸入的參數(shù)
 */
 public static void premain(String agent, Instrumentation instrumentation){
 System.out.println("Agent2 premain 2param :" + agent);
 instrumentation.addTransformer(new ConsoleTransformer(),true);
 }

}

ConsoleTransformer.java

public class ConsoleTransformer implements ClassFileTransformer {
 @Override
 public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
 if (className.equals("cn/bigfire/Console")){
 String root = StrUtil.subBefore(System.getProperty("user.dir"), "JavaAgentDemo", true);
 String classFile = root + "JavaAgentDemo/agent/src/main/resources/Console.class";
 return FileUtil.readBytes(classFile);
 }
 return classfileBuffer;
 }
}

Demo2.java

public class Demo2 {

 /**
 * VM參數(shù)
 * -javaagent:D:\desktop\text\code\mycode\JavaAgentDemo\agent\target/agent.jar=input
 * */
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 new Thread(()->{
 while (true){
 Console.hello();// public static void hello(){System.out.println("hello"); }
 ThreadUtil.sleep(2000);
 }
 }).start();
 }
}

resources/META-INF/MANIFEST.MF

Manifest-Version: 1.0
Archiver-Version: Plexus Archiver
Built-By: dahuoyzs
Created-By: Apache Maven 3.6.0
Build-Jdk: 1.8.0_171
Premain-Class: cn.bigfire.Agent2
Can-Retransform-Classes: true

運行效果

Agent2 premain 2param :input
滿足條件
hello agented
hello agented
hello agented
hello agented

JavaAgent-premain方法3-無侵入動態(tài)修改程序源代碼實現(xiàn)方法耗時統(tǒng)計效果：

實現(xiàn)main方法外的所有方法統(tǒng)計時間

Agent3.java

public class Agent3 {
 /**
 * 可以運行在main方法啟動前
 * @param agent  輸入的參數(shù)
 * @param instrumentation instrumentation對象由JVM提供并傳入
 */
 public static void premain(String agent, Instrumentation instrumentation) {
 System.out.println("Agent3 premain :" + agent);
 instrumentation.addTransformer(new TimeCountTransformer());
 }

 /**
 * 時間統(tǒng)計Transformer 給要代理的方法添加時間統(tǒng)計
 */
 private static class TimeCountTransformer implements ClassFileTransformer {
 @Override
 public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) {
 try {
 className = className.replace("/", ".");
 if (className.equals("cn.bigfire.Demo3")) {
  //使用全稱,用于取得字節(jié)碼類<使用javassist>
  CtClass ctclass = ClassPool.getDefault().get(className);
  //獲得方法列表
  CtMethod[] methods = ctclass.getDeclaredMethods();
  //給方法設(shè)置代理
  Stream.of(methods).forEach(method-> agentMethod(ctclass,method));
  //CtClass轉(zhuǎn)byte[]數(shù)組
  return ctclass.toBytecode();
 }
 } catch (Exception e) {
 e.printStackTrace();
 }
 return null;
 }
 }

 /**
 * 代理方法，把傳入的方法經(jīng)寫代理，并生成帶時間統(tǒng)計的方法，
 * @param ctClass  javassist的Class類
 * @param ctMethod  javassist的ctMethod方法
 * */
 public static void agentMethod(CtClass ctClass,CtMethod ctMethod){
 try {
 String mName = ctMethod.getName();
 if (!mName.equals("main")){//代理除了main方法以外的所有方法
 String newName = mName + "$Agent";
 ctMethod.setName(newName);
 CtMethod newMethod = CtNewMethod.copy(ctMethod, mName, ctClass, null);
 // 構(gòu)建新的方法體
 String bodyStr = "{\n" +
  "long startTime = System.currentTimeMillis();\n" +
  newName + "();\n" +
  "long endTime = System.currentTimeMillis();\n" +
  "System.out.println(\""+newName+"() cost:\" +(endTime - startTime));\n" +
  "}";
 newMethod.setBody(bodyStr);// 替換新方法
 ctClass.addMethod(newMethod);// 增加新方法
 }
 }catch (Exception e){
 e.printStackTrace();
 }
 }

}

Demo3.java

public class Demo3 {
 
 /**
 * VM參數(shù)
 * -javaagent:D:\desktop\text\code\mycode\JavaAgentDemo\agent\target/agent.jar=input
 */
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 sleep1();
 sleep2();
 }

 public static void sleep1(){
 ThreadUtil.sleep(1000);
 }

 public static void sleep2(){
 ThreadUtil.sleep(2000);
 }

}

resources/META-INF/MANIFEST.MF

Manifest-Version: 1.0
Archiver-Version: Plexus Archiver
Built-By: dahuoyzs
Created-By: Apache Maven 3.6.0
Build-Jdk: 1.8.0_171
Class-Path: ../javassist-3.12.1.GA.jar
Premain-Class: cn.bigfire.Agent3
Can-Retransform-Classes: true

運行效果

Agent3 premain :input
sleep1$Agent() cost:1005
sleep2$Agent() cost:2001

JavaAgent-agentmain方法1-實現(xiàn)運行時修改程序效果：

實現(xiàn)運行時修改程序 hello -> hello agented

Agent4.java

public class Agent4 {

 public static void premain(String agent){
 System.out.println("Agent4 premain 1param:" + agent);
 }

 public static void premain(String agent, Instrumentation instrumentation) {
 System.out.println("Agent4 premain 2param:" + agent);
 //premain時，由于堆里還沒有相應的Class。所以直接addTransformer,程序就會生效。
// instrumentation.addTransformer(new ConsoleTransformer(),true);
 }

 public static void agentmain(String agent, Instrumentation instrumentation){
 System.out.println("Agent4 agentmain 2param :" + agent);
 instrumentation.addTransformer(new ConsoleTransformer(),true);
 //agentmain運行時 由于堆里已經(jīng)存在Class文件，所以新添加Transformer后
 // 還要再調(diào)用一個 inst.retransformClasses(clazz); 方法來更新Class文件
 for (Class clazz:instrumentation.getAllLoadedClasses()) {
 if (clazz.getName().contains("cn.bigfire.Console")){
 try {
  instrumentation.retransformClasses(clazz);
 } catch (Exception e) {
  e.printStackTrace();
 }
 }
 }
 }

 public static void agentmain(String agent){
 System.out.println("Agent4 agentmain 1param :" + agent);
 }

}

Demo4

public class Demo4 {
 /**
 * 打包agent4 -> 先運行demo2 -> 運行demo4 ->選擇程序demo2結(jié)尾的程序，即可運行時修改文件
 * VM參數(shù)
 * -javaagent:D:\desktop\text\code\mycode\JavaAgentDemo\agent\target/agent.jar=input
 * */
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 while (true){
 List<VirtualMachineDescriptor> list = VirtualMachine.list();
 for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
 VirtualMachineDescriptor jvm = list.get(i);;
 System.out.println("[" +i+ "]ID:"+jvm.id()+",Name:"+jvm.displayName());
 }
 System.out.println("請選擇第幾個");
 Scanner scanner = new Scanner(System.in);
 int s = scanner.nextInt();
 VirtualMachineDescriptor virtualMachineDescriptor = list.get(s);
 VirtualMachine attach = VirtualMachine.attach(virtualMachineDescriptor.id());
 String root = StrUtil.subBefore(System.getProperty("user.dir"), "JavaAgentDemo", true);
 String agentJar = root + "JavaAgentDemo\\agent\\target\\agent.jar";
 File file = new File(agentJar);
 System.out.println(file.exists());
 attach.loadAgent(agentJar,"param");
 attach.detach();
 }
 }
}

resources/META-INF/MANIFEST.MF

Manifest-Version: 1.0
Archiver-Version: Plexus Archiver
Built-By: dahuoyzs
Created-By: Apache Maven 3.6.0
Build-Jdk: 1.8.0_171
Premain-Class: cn.bigfire.Agent4
Agent-Class: cn.bigfire.Agent4
Can-Retransform-Classes: true
Can-Redefine-Classes: true

此時的運行順序
打包agent4 -> 先運行demo2 -> 運行demo4 ->選擇程序demo2結(jié)尾的程序，即可運行時修改文件

運行效果
Demo2

Agent4 premain 2param:input
hello
hello

Demo4

[0]ID:12480,Name:cn.bigfire.Demo2
[1]ID:14832,Name:org.jetbrains.kotlin.daemon.KotlinCompileDaemon --daemon-runFilesPath xxx
[2]ID:14864,Name:
[3]ID:3952,Name:cn.bigfire.Demo4
[4]ID:14852,Name:org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer36
[5]ID:11928,Name:org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher xxx
請選擇第幾個
0
true

Demo2

Agent4 premain 2param:input
hello
hello
Agent4 agentmain 2param :param
hello agented
hello agented
hello agented

JavaAgent-agentmain方法2-實現(xiàn)動態(tài)修改日志級別效果：

實現(xiàn)運行時修改程序模擬項目中的動態(tài)日志 info <-> debug

Agent5.java

public class Agent5 {

 public static void premain(String agent, Instrumentation instrumentation){
 System.out.println("Agent5 premain 2param :" + agent);
 instrumentation.addTransformer(new StartTransformer(),true);

 //這個方式不行。因為啟動時Class都還沒有呢。
// for (Class clazz:inst.getAllLoadedClasses()) {
// if (clazz.getName().equals("cn.bigfire.LogLevelStarter")){
// try {
//  switchDebug(clazz);
//  instrumentation.retransformClasses(clazz);
// } catch (Exception e) {
//  e.printStackTrace();
// }
// }
// }
 }

 public static void agentmain(String agent, Instrumentation instrumentation){
 System.out.println("Agent5 agentmain 2param :" + agent);
 for (Class clazz:instrumentation.getAllLoadedClasses()) {
 if (clazz.getName().equals("cn.bigfire.LogLevelStarter")){
 try {
  switchAtomicDebug(clazz);
  instrumentation.retransformClasses(clazz);
 } catch (Exception e) {
  e.printStackTrace();
 }
 }
 }
 }

 public static class StartTransformer implements ClassFileTransformer {
 @Override
 public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
 //此時由于classBeingRedefined是空，所以還是不能用這個Class修改屬性呢，只能通過 讀取byte[]往堆里丟，才能用。
 if (className.equals("cn/bigfire/LogLevelStarter")){
 //【這是一個錯誤的思路】 premain的時候 classBeingRedefined是空的因為很多的Class還沒加載到堆中
// if (classBeingRedefined!=null){
//  switchDebug(classBeingRedefined);
//  return toBytes(classBeingRedefined);
// }
 //正常的讀取一共文件byte[]數(shù)組
 String root = StrUtil.subBefore(System.getProperty("user.dir"), "JavaAgentDemo", true);
 String classFile = root + "JavaAgentDemo/agent/src/main/resources/LogLevelStarter.class";
 return FileUtil.readBytes(classFile);
 }
 return classfileBuffer;
 }
 }

 /**
 * 可序列化對象轉(zhuǎn)byte[]數(shù)組
 * @param clazz 要轉(zhuǎn)byte[]數(shù)組的對象
 * @return byte[] 返回byte[]數(shù)組
 */
 public static byte[] toBytes(Serializable clazz){
 try {
 ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
 ObjectOutputStream stream = new ObjectOutputStream(byteArrayOutputStream);
 stream.writeObject(clazz);
 return byteArrayOutputStream.toByteArray();
 }catch (Exception e){
 e.printStackTrace();
 }
 return null;
 }

 public static void switchDebug(Class clazz){
 try {
 Field field1 = clazz.getDeclaredField("isDebug");
 field1.setAccessible(true);
 boolean debug = field1.getBoolean(clazz);
 field1.setBoolean(clazz,!debug);
 }catch (Exception e){
 e.printStackTrace();
 }
 }

 public static void switchAtomicDebug(Class clazz){
 try {
 Field field2 = clazz.getDeclaredField("atomicDebug");
 field2.setAccessible(true);
 AtomicBoolean atomicDebug = (AtomicBoolean)field2.get(clazz);
 atomicDebug.set(!atomicDebug.get());
 }catch (Exception e){
 e.printStackTrace();
 }
 }

}

注意，需要先把LogLevelStarter.java中的isDebug 改為true編譯一下。放到src/main/resources/目錄下;

LogLevelStarter.java

public class LogLevelStarter {

 public static volatile boolean isDebug = false;
 public static AtomicBoolean atomicDebug = new AtomicBoolean(false);

 /**
 * VM參數(shù)
 * -javaagent:D:\desktop\text\code\mycode\JavaAgentDemo\agent\target/agent.jar=input
 */
 public static void main(String[] args) throws Exception {
 new Thread(()->{
 for (;;){
 //死循環(huán)，每隔兩秒打印一個日志。
 System.out.print(isDebug ? "volatile debug" : "volatile info");
 System.out.print("\t");
 System.out.println(atomicDebug.get() ? "atomicDebug debug" : "atomicDebug info");
 ThreadUtil.sleep(2000);
 }
 }).start();
 }
}

resources/META-INF/MANIFEST.MF

Manifest-Version: 1.0
Archiver-Version: Plexus Archiver
Built-By: dahuoyzs
Created-By: Apache Maven 3.6.0
Build-Jdk: 1.8.0_171
Premain-Class: cn.bigfire.Agent5
Agent-Class: cn.bigfire.Agent5
Can-Retransform-Classes: true
Can-Redefine-Classes: true

此時的運行順序
打包agent5 -> 先運行LogLevelStarter -> 運行demo4 ->選擇程序LogLevelStarter結(jié)尾的程序，即可運行時修改文件

運行效果

LogLevelStarter

Agent5 premain 2param :input
volatile debug atomicDebug info
volatile debug atomicDebug info

Demo4

[0]ID:12592,Name:cn.bigfire.LogLevelStarter
[1]ID:12880,Name:cn.bigfire.Demo4
[2]ID:14832,Name:org.jetbrains.kotlin.daemon.KotlinCompileDaemon --daemon-runFilesPath xxx
[3]ID:14864,Name:
[4]ID:14852,Name:org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer36
[5]ID:8116,Name:org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher xxx
請選擇第幾個
0
true

LogLevelStarter

Agent5 premain 2param :input
volatile debug	atomicDebug info
volatile debug	atomicDebug info
Agent5 agentmain 2param :param
volatile debug	atomicDebug debug
volatile debug	atomicDebug debug

在Agent5中，其實使用premain和agentmain。

premain把volatile修飾的isDbug給修改為true了。

而agentmain時把atomicDebug的值進行多次取反操作。

自己實現(xiàn)一個熱部署功能的大致思路

當運行完本項目中的幾個demo之后。

讀者可能對Java Agent有了一些基本的概念

最起碼我們知道了premain是可以運行在main函數(shù)前的。

而agentmain是可以在程序運行時，修改程序內(nèi)的一些類文件的。

那么熱部署很明顯就是使用的agentmain這個特性了

那么熱部署具體應該怎么實現(xiàn)呢?

這里先有個大概的思路。后續(xù)如果有經(jīng)歷，可以簡單按照這個思路實現(xiàn)一下

思路

當我們文件發(fā)生修改的時候，項目會重新加載我們的類。

那么這里肯定會涉及到文件變化的觀察。即觀察者設(shè)計模式跑不了

首先遞歸當前項目目錄。并根據(jù)文件類型，如(.java ,xml,yml等)將此類文件注冊觀察者模式。

當文件內(nèi)容發(fā)生變化時，會調(diào)用監(jiān)聽器中的回調(diào)方法；

在回調(diào)中完成如下(具體實現(xiàn)時未必需要)

使用Java1.6的JavaCompiler編譯Java文件；
自定義ClassLoader 裝載編譯好的Class到堆中

使用agentmain修改原Class文件替換成新的Class文件

完成熱加載

JavaAgent的應用場景

apm：(Application Performance Management)應用性能管理。pinpoint、cat、skywalking等都基于Instrumentation實現(xiàn)
idea的HotSwap、Jrebel等熱部署工具
應用級故障演練
Java診斷工具Arthas、Btrace等

源代碼

{
	"author": "大火yzs",
	"title": "【JavaAgent】JavaAgent入門教程",
	"tag": "JavaAgent,Instrumentation,運行時動態(tài)修改源程序",
	"createTime": "2020-08-02 18:30"
}

總結(jié)

到此這篇關(guān)于JDK1.6“新“特性Instrumentation之JavaAgent的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JDK1.6“新“特性Instrumentation內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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