今天打算寫一下 Java agent，一開始我對它的概念也比較陌生，后來在別人口中聽到 字節(jié)碼插樁，bTrace，Arthas后面才逐漸了解到Java還提供了這么個工具。

JVM啟動前靜態(tài)Instrument

Java agent 是什么？

Java agent是java命令的一個參數(shù)。參數(shù) javaagent 可以用于指定一個 jar 包，并且對該 java 包有2個要求：

1. 這個 jar 包的 MANIFEST.MF 文件必須指定 Premain-Class 項。
2. Premain-Class 指定的那個類必須實現(xiàn) premain() 方法。
   

premain 方法，從字面上理解，就是運行在 main 函數(shù)之前的的類。當Java 虛擬機啟動時，在執(zhí)行 main 函數(shù)之前，JVM 會先運行-javaagent所指定 jar 包內(nèi) Premain-Class 這個類的 premain 方法 。

在命令行輸入 java可以看到相應(yīng)的參數(shù)，其中有 和 java agent相關(guān)的：

-agentlib:<libname>[=<選項>] 加載本機代理庫 <libname>, 例如 -agentlib:hprof
 另請參閱 -agentlib:jdwp=help 和 -agentlib:hprof=help
-agentpath:<pathname>[=<選項>]
 按完整路徑名加載本機代理庫
-javaagent:<jarpath>[=<選項>]
 加載 Java 編程語言代理, 請參閱 java.lang.instrument

在上面-javaagent參數(shù)中提到了參閱java.lang.instrument，這是在rt.jar 中定義的一個包，該路徑下有兩個重要的類：

該包提供了一些工具幫助開發(fā)人員在 Java 程序運行時，動態(tài)修改系統(tǒng)中的 Class 類型。其中，使用該軟件包的一個關(guān)鍵組件就是 Javaagent。從名字上看，似乎是個 Java 代理之類的，而實際上，他的功能更像是一個Class 類型的轉(zhuǎn)換器，他可以在運行時接受重新外部請求，對Class類型進行修改。

從本質(zhì)上講，Java Agent 是一個遵循一組嚴格約定的常規(guī) Java 類。 上面說到 javaagent命令要求指定的類中必須要有premain()方法，并且對premain方法的簽名也有要求，簽名必須滿足以下兩種格式：

public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst)
  
public static void premain(String agentArgs)

JVM 會優(yōu)先加載 帶 Instrumentation 簽名的方法，加載成功忽略第二種，如果第一種沒有，則加載第二種方法。這個邏輯在sun.instrument.InstrumentationImpl 類中：

Instrumentation 類 定義如下：

public interface Instrumentation {
  
  //增加一個Class 文件的轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器用于改變 Class 二進制流的數(shù)據(jù)，參數(shù) canRetransform 設(shè)置是否允許重新轉(zhuǎn)換。
  void addTransformer(ClassFileTransformer transformer, boolean canRetransform);

  //在類加載之前，重新定義 Class 文件，ClassDefinition 表示對一個類新的定義，如果在類加載之后，需要使用 retransformClasses 方法重新定義。addTransformer方法配置之后，后續(xù)的類加載都會被Transformer攔截。對于已經(jīng)加載過的類，可以執(zhí)行retransformClasses來重新觸發(fā)這個Transformer的攔截。類加載的字節(jié)碼被修改后，除非再次被retransform，否則不會恢復。
  void addTransformer(ClassFileTransformer transformer);

  //刪除一個類轉(zhuǎn)換器
  boolean removeTransformer(ClassFileTransformer transformer);

  boolean isRetransformClassesSupported();

  //在類加載之后，重新定義 Class。這個很重要，該方法是1.6 之后加入的，事實上，該方法是 update 了一個類。
  void retransformClasses(Class<?>... classes) throws UnmodifiableClassException;

  boolean isRedefineClassesSupported();

  
  void redefineClasses(ClassDefinition... definitions)
    throws ClassNotFoundException, UnmodifiableClassException;

  boolean isModifiableClass(Class<?> theClass);

  @SuppressWarnings("rawtypes")
  Class[] getAllLoadedClasses();

 
  @SuppressWarnings("rawtypes")
  Class[] getInitiatedClasses(ClassLoader loader);

  //獲取一個對象的大小
  long getObjectSize(Object objectToSize);


  
  void appendToBootstrapClassLoaderSearch(JarFile jarfile);

  
  void appendToSystemClassLoaderSearch(JarFile jarfile);

  
  boolean isNativeMethodPrefixSupported();

  
  void setNativeMethodPrefix(ClassFileTransformer transformer, String prefix);
}

最為重要的是上面注釋的幾個方法，下面我們會用到。

如何使用javaagent？

使用 javaagent 需要幾個步驟：

1. 定義一個 MANIFEST.MF 文件，必須包含 Premain-Class 選項，通常也會加入Can-Redefine-Classes 和 Can-Retransform-Classes 選項。
2. 創(chuàng)建一個Premain-Class 指定的類，類中包含 premain 方法，方法邏輯由用戶自己確定。
3. 將 premain 的類和 MANIFEST.MF 文件打成 jar 包。
4. 使用參數(shù) -javaagent: jar包路徑 啟動要代理的方法。
   

在執(zhí)行以上步驟后，JVM 會先執(zhí)行 premain 方法，大部分類加載都會通過該方法，注意：是大部分，不是所有。當然，遺漏的主要是系統(tǒng)類，因為很多系統(tǒng)類先于 agent 執(zhí)行，而用戶類的加載肯定是會被攔截的。也就是說，這個方法是在 main 方法啟動前攔截大部分類的加載活動，既然可以攔截類的加載，那么就可以去做重寫類這樣的操作，結(jié)合第三方的字節(jié)碼編譯工具，比如ASM，javassist，cglib等等來改寫實現(xiàn)類。

通過上面的步驟我們用代碼實現(xiàn)來實現(xiàn)。實現(xiàn) javaagent 你需要搭建兩個工程，一個工程是用來承載 javaagent類，單獨的打成jar包；一個工程是javaagent需要去代理的類。即javaagent會在這個工程中的main方法啟動之前去做一些事情。

1.首先來實現(xiàn)javaagent工程。

工程目錄結(jié)構(gòu)如下：

-java-agent
----src
--------main
--------|------java
--------|----------com.rickiyang.learn
--------|------------PreMainTraceAgent
--------|resources
-----------META-INF
--------------MANIFEST.MF

第一步是需要創(chuàng)建一個類，包含premain 方法：

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.security.ProtectionDomain;

/**
 * @author: rickiyang
 * @date: 2019/8/12
 * @description:
 */
public class PreMainTraceAgent {

  public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
    System.out.println("agentArgs : " + agentArgs);
    inst.addTransformer(new DefineTransformer(), true);
  }

  static class DefineTransformer implements ClassFileTransformer{

    @Override
    public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
      System.out.println("premain load Class:" + className);
      return classfileBuffer;
    }
  }
}

上面就是我實現(xiàn)的一個類，實現(xiàn)了帶Instrumentation參數(shù)的premain()方法。調(diào)用addTransformer()方法對啟動時所有的類進行攔截。

然后在 resources 目錄下新建目錄：META-INF，在該目錄下新建文件：MANIFREST.MF：

Manifest-Version: 1.0
Can-Redefine-Classes: true
Can-Retransform-Classes: true
Premain-Class: PreMainTraceAgent

注意到第5行有空行。

說一下MANIFREST.MF文件的作用，這里如果你不去手動指定的話，直接 打包，默認會在打包的文件中生成一個MANIFREST.MF文件：

Manifest-Version: 1.0
Implementation-Title: test-agent
Implementation-Version: 0.0.1-SNAPSHOT
Built-By: yangyue
Implementation-Vendor-Id: com.rickiyang.learn
Spring-Boot-Version: 2.0.9.RELEASE
Main-Class: org.springframework.boot.loader.JarLauncher
Start-Class: com.rickiyang.learn.LearnApplication
Spring-Boot-Classes: BOOT-INF/classes/
Spring-Boot-Lib: BOOT-INF/lib/
Created-By: Apache Maven 3.5.2
Build-Jdk: 1.8.0_151
Implementation-URL: https://projects.spring.io/spring-boot/#/spring-bo
 ot-starter-parent/test-agent

這是默認的文件，包含當前的一些版本信息，當前工程的啟動類，它還有別的參數(shù)允許你做更多的事情，可以用上的有：

• Premain-Class ：包含 premain 方法的類（類的全路徑名）
• Agent-Class ：包含 agentmain 方法的類（類的全路徑名）
• Boot-Class-Path ：設(shè)置引導類加載器搜索的路徑列表。查找類的特定于平臺的機制失敗后，引導類加載器會搜索這些路徑。按列出的順序搜索路徑。列表中的路徑由一個或多個空格分開。路徑使用分層 URI 的路徑組件語法。如果該路徑以斜杠字符（“/”）開頭，則為絕對路徑，否則為相對路徑。相對路徑根據(jù)代理 JAR 文件的絕對路徑解析。忽略格式不正確的路徑和不存在的路徑。如果代理是在 VM 啟動之后某一時刻啟動的，則忽略不表示 JAR 文件的路徑。（可選）
• Can-Redefine-Classes ：true表示能重定義此代理所需的類，默認值為 false（可選）
• Can-Retransform-Classes ：true 表示能重轉(zhuǎn)換此代理所需的類，默認值為 false （可選）
• Can-Set-Native-Method-Prefix： true表示能設(shè)置此代理所需的本機方法前綴，默認值為 false（可選）

即在該文件中主要定義了程序運行相關(guān)的配置信息，程序運行前會先檢測該文件中的配置項。

一個java程序中-javaagent參數(shù)的個數(shù)是沒有限制的，所以可以添加任意多個javaagent。所有的java agent會按照你定義的順序執(zhí)行，例如：

java -javaagent:agent1.jar -javaagent:agent2.jar -jar MyProgram.jar

程序執(zhí)行的順序?qū)牵?/p>

MyAgent1.premain -> MyAgent2.premain -> MyProgram.main

說回上面的 javaagent工程，接下來將該工程打成jar包，我在打包的時候發(fā)現(xiàn)打完包之后的 MANIFREST.MF文件被默認配置替換掉了。所以我是手動將上面我的配置文件替換到j(luò)ar包中的文件，這里你需要注意。

另外的再說一種不去手動寫MANIFREST.MF文件的方式，使用maven插件：

<plugin>
  <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
  <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
  <version>3.1.0</version>
  <configuration>
    <archive>
      <!--自動添加META-INF/MANIFEST.MF -->
      <manifest>
        <addClasspath>true</addClasspath>
      </manifest>
      <manifestEntries>
        <Premain-Class>com.rickiyang.learn.PreMainTraceAgent</Premain-Class>
        <Agent-Class>com.rickiyang.learn.PreMainTraceAgent</Agent-Class>
        <Can-Redefine-Classes>true</Can-Redefine-Classes>
        <Can-Retransform-Classes>true</Can-Retransform-Classes>
      </manifestEntries>
    </archive>
  </configuration>
</plugin>

用這種插件的方式也可以自動生成該文件。

agent代碼就寫完了，下面再重新開一個工程，你只需要寫一個帶 main 方法的類即可：

public class TestMain {

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("main start");
    try {
      Thread.sleep(3000);
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("main end");
  }
}

很簡單，然后需要做的就是將上面的 代理類 和 這個測試類關(guān)聯(lián)起來。有兩種方式：

如果你用的是idea，那么你可以點擊菜單： run-debug configuration，然后將你的代理類包 指定在 啟動參數(shù)中即可：

另一種方式是不用 編譯器，采用命令行的方法。與上面大致相同，將 上面的測試類編譯成 class文件，然后 運行該類即可：

 #將該類編譯成class文件
 > javac TestMain.java
 
 #指定agent程序并運行該類
 > java -javaagent:c:/alg.jar TestMain

使用上面兩種方式都可以運行,輸出結(jié)果如下：

D:\soft\jdk1.8\bin\java.exe -javaagent:c:/alg.jar "-javaagent:D:\soft\IntelliJ IDEA 2019.1.1\lib\idea_rt.jar=54274:D:\soft\IntelliJ IDEA 2019.1.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath D:\soft\jdk1.8\jre\lib\charsets.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\deploy.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\cldrdata.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\dnsns.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\jaccess.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\jfxrt.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\localedata.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\nashorn.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\sunec.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\ext\zipfs.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\javaws.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\jce.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\jfr.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\jfxswt.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\jsse.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\management-agent.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\plugin.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\resources.jar;D:\soft\jdk1.8\jre\lib\rt.jar;D:\workspace\demo1\target\classes;E:\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot-starter-aop\2.1.1.RELEASE\spring-
...
...
...
1.8.11.jar;E:\.m2\repository\com\google\guava\guava\20.0\guava-20.0.jar;E:\.m2\repository\org\apache\commons\commons-lang3\3.7\commons-lang3-3.7.jar;E:\.m2\repository\com\alibaba\fastjson\1.2.54\fastjson-1.2.54.jar;E:\.m2\repository\org\springframework\boot\spring-boot\2.1.0.RELEASE\spring-boot-2.1.0.RELEASE.jar;E:\.m2\repository\org\springframework\spring-context\5.1.3.RELEASE\spring-context-5.1.3.RELEASE.jar com.springboot.example.demo.service.TestMain
agentArgs : null
premain load Class     :java/util/concurrent/ConcurrentHashMap$ForwardingNode
premain load Class     :sun/nio/cs/ThreadLocalCoders
premain load Class     :sun/nio/cs/ThreadLocalCoders$1
premain load Class     :sun/nio/cs/ThreadLocalCoders$Cache
premain load Class     :sun/nio/cs/ThreadLocalCoders$2
premain load Class     :java/util/jar/Attributes
premain load Class     :java/util/jar/Manifest$FastInputStream
...
...
...
premain load Class     :java/lang/Class$MethodArray
premain load Class     :java/lang/Void
main start
premain load Class     :sun/misc/VMSupport
premain load Class     :java/util/Hashtable$KeySet
premain load Class     :sun/nio/cs/ISO_8859_1$Encoder
premain load Class     :sun/nio/cs/Surrogate$Parser
premain load Class     :sun/nio/cs/Surrogate
...
...
...
premain load Class     :sun/util/locale/provider/LocaleResources$ResourceReference
main end
premain load Class     :java/lang/Shutdown
premain load Class     :java/lang/Shutdown$Lock

Process finished with exit code 0

上面的輸出結(jié)果我們能夠發(fā)現(xiàn)：

• 執(zhí)行main方法之前會加載所有的類，包括系統(tǒng)類和自定義類；
• 在ClassFileTransformer中會去攔截系統(tǒng)類和自己實現(xiàn)的類對象；
• 如果你有對某些類對象進行改寫，那么在攔截的時候抓住該類使用字節(jié)碼編譯工具即可實現(xiàn)。
  

下面是使用javassist來動態(tài)將某個方法替換掉：

package com.rickiyang.learn;

import javassist.*;

import java.io.IOException;
import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.security.ProtectionDomain;

/**
 * @author rickiyang
 * @date 2019-08-06
 * @Desc
 */
public class MyClassTransformer implements ClassFileTransformer {
  @Override
  public byte[] transform(final ClassLoader loader, final String className, final Class<?> classBeingRedefined,final ProtectionDomain protectionDomain, final byte[] classfileBuffer) {
    // 操作Date類
    if ("java/util/Date".equals(className)) {
      try {
        // 從ClassPool獲得CtClass對象
        final ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();
        final CtClass clazz = classPool.get("java.util.Date");
        CtMethod convertToAbbr = clazz.getDeclaredMethod("convertToAbbr");
        //這里對 java.util.Date.convertToAbbr() 方法進行了改寫，在 return之前增加了一個 打印操作
        String methodBody = "{sb.append(Character.toUpperCase(name.charAt(0)));" +
            "sb.append(name.charAt(1)).append(name.charAt(2));" +
            "System.out.println(\"sb.toString()\");" +
            "return sb;}";
        convertToAbbr.setBody(methodBody);

        // 返回字節(jié)碼，并且detachCtClass對象
        byte[] byteCode = clazz.toBytecode();
        //detach的意思是將內(nèi)存中曾經(jīng)被javassist加載過的Date對象移除，如果下次有需要在內(nèi)存中找不到會重新走javassist加載
        clazz.detach();
        return byteCode;
      } catch (Exception ex) {
        ex.printStackTrace();
      }
    }
    // 如果返回null則字節(jié)碼不會被修改
    return null;
  }
}

JVM啟動后動態(tài)Instrument

上面介紹的Instrumentation是在 JDK 1.5中提供的，開發(fā)者只能在main加載之前添加手腳，在 Java SE 6 的 Instrumentation 當中，提供了一個新的代理操作方法：agentmain，可以在 main 函數(shù)開始運行之后再運行。

跟premain函數(shù)一樣， 開發(fā)者可以編寫一個含有agentmain函數(shù)的 Java 類：

//采用attach機制，被代理的目標程序VM有可能很早之前已經(jīng)啟動，當然其所有類已經(jīng)被加載完成，這個時候需要借助Instrumentation#retransformClasses(Class<?>... classes)讓對應(yīng)的類可以重新轉(zhuǎn)換，從而激活重新轉(zhuǎn)換的類執(zhí)行ClassFileTransformer列表中的回調(diào)
public static void agentmain (String agentArgs, Instrumentation inst)

public static void agentmain (String agentArgs)

同樣，agentmain 方法中帶Instrumentation參數(shù)的方法也比不帶優(yōu)先級更高。開發(fā)者必須在 manifest 文件里面設(shè)置“Agent-Class”來指定包含 agentmain 函數(shù)的類。

在Java6 以后實現(xiàn)啟動后加載的新實現(xiàn)是Attach api。Attach API 很簡單，只有 2 個主要的類，都在 com.sun.tools.attach 包里面：

1. VirtualMachine 字面意義表示一個Java 虛擬機，也就是程序需要監(jiān)控的目標虛擬機，提供了獲取系統(tǒng)信息(比如獲取內(nèi)存dump、線程dump，類信息統(tǒng)計(比如已加載的類以及實例個數(shù)等)， loadAgent，Attach 和 Detach （Attach 動作的相反行為，從 JVM 上面解除一個代理）等方法，可以實現(xiàn)的功能可以說非常之強大 。該類允許我們通過給attach方法傳入一個jvm的pid(進程id)，遠程連接到j(luò)vm上 。代理類注入操作只是它眾多功能中的一個，通過loadAgent方法向jvm注冊一個代理程序agent，在該agent的代理程序中會得到一個Instrumentation實例，該實例可以 在class加載前改變class的字節(jié)碼，也可以在class加載后重新加載。在調(diào)用Instrumentation實例的方法時，這些方法會使用ClassFileTransformer接口中提供的方法進行處理。
2. VirtualMachineDescriptor 則是一個描述虛擬機的容器類，配合 VirtualMachine 類完成各種功能。

attach實現(xiàn)動態(tài)注入的原理如下：

通過VirtualMachine類的attach(pid)方法，便可以attach到一個運行中的java進程上，之后便可以通過loadAgent(agentJarPath)來將agent的jar包注入到對應(yīng)的進程，然后對應(yīng)的進程會調(diào)用agentmain方法。

既然是兩個進程之間通信那肯定的建立起連接，VirtualMachine.attach動作類似TCP創(chuàng)建連接的三次握手，目的就是搭建attach通信的連接。而后面執(zhí)行的操作，例如vm.loadAgent，其實就是向這個socket寫入數(shù)據(jù)流，接收方target VM會針對不同的傳入數(shù)據(jù)來做不同的處理。

我們來測試一下agentmain的使用：

工程結(jié)構(gòu)和 上面premain的測試一樣，編寫AgentMainTest，然后使用maven插件打包 生成MANIFEST.MF。

package com.rickiyang.learn;

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.security.ProtectionDomain;

/**
 * @author rickiyang
 * @date 2019-08-16
 * @Desc
 */
public class AgentMainTest {

  public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) {
    instrumentation.addTransformer(new DefineTransformer(), true);
  }
  
  static class DefineTransformer implements ClassFileTransformer {

    @Override
    public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
      System.out.println("premain load Class:" + className);
      return classfileBuffer;
    }
  }
}

<plugin>
 <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
 <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
 <version>3.1.0</version>
 <configuration>
  <archive>
   <!--自動添加META-INF/MANIFEST.MF -->
   <manifest>
    <addClasspath>true</addClasspath>
   </manifest>
   <manifestEntries>
    <Agent-Class>com.rickiyang.learn.AgentMainTest</Agent-Class>
    <Can-Redefine-Classes>true</Can-Redefine-Classes>
    <Can-Retransform-Classes>true</Can-Retransform-Classes>
   </manifestEntries>
  </archive>
 </configuration>
</plugin>

將agent打包之后，就是編寫測試main方法。上面我們畫的圖中的步驟是：從一個attach JVM去探測目標JVM，如果目標JVM存在則向它發(fā)送agent.jar。我測試寫的簡單了些，找到當前JVM并加載agent.jar。

package com.rickiyang.learn.job;

import com.sun.tools.attach.*;

import java.io.IOException;
import java.util.List;

/**
 * @author rickiyang
 * @date 2019-08-16
 * @Desc
 */
public class TestAgentMain {

  public static void main(String[] args) throws IOException, AttachNotSupportedException, AgentLoadException, AgentInitializationException {
    //獲取當前系統(tǒng)中所有 運行中的 虛擬機
    System.out.println("running JVM start ");
    List<VirtualMachineDescriptor> list = VirtualMachine.list();
    for (VirtualMachineDescriptor vmd : list) {
      //如果虛擬機的名稱為 xxx 則 該虛擬機為目標虛擬機，獲取該虛擬機的 pid
      //然后加載 agent.jar 發(fā)送給該虛擬機
      System.out.println(vmd.displayName());
      if (vmd.displayName().endsWith("com.rickiyang.learn.job.TestAgentMain")) {
        VirtualMachine virtualMachine = VirtualMachine.attach(vmd.id());
        virtualMachine.loadAgent("/Users/yangyue/Documents/java-agent.jar");
        virtualMachine.detach();
      }
    }
  }

}

list()方法會去尋找當前系統(tǒng)中所有運行著的JVM進程，你可以打印vmd.displayName()看到當前系統(tǒng)都有哪些JVM進程在運行。因為main函數(shù)執(zhí)行起來的時候進程名為當前類名，所以通過這種方式可以去找到當前的進程id。

注意：在mac上安裝了的jdk是能直接找到 VirtualMachine 類的，但是在windows中安裝的jdk無法找到，如果你遇到這種情況，請手動將你jdk安裝目錄下：lib目錄中的tools.jar添加進當前工程的Libraries中。

運行main方法的輸出為：

可以看到實際上是啟動了一個socket進程去傳輸agent.jar。先打印了“running JVM start”表名main方法是先啟動了，然后才進入代理類的transform方法。

instrument原理

instrument的底層實現(xiàn)依賴于JVMTI(JVM Tool Interface)，它是JVM暴露出來的一些供用戶擴展的接口集合，JVMTI是基于事件驅(qū)動的，JVM每執(zhí)行到一定的邏輯就會調(diào)用一些事件的回調(diào)接口（如果有的話），這些接口可以供開發(fā)者去擴展自己的邏輯。JVMTIAgent是一個利用JVMTI暴露出來的接口提供了代理啟動時加載(agent on load)、代理通過attach形式加載(agent on attach)和代理卸載(agent on unload)功能的動態(tài)庫。而instrument agent可以理解為一類JVMTIAgent動態(tài)庫，別名是JPLISAgent(Java Programming Language Instrumentation Services Agent)，也就是專門為java語言編寫的插樁服務(wù)提供支持的代理。

啟動時加載instrument agent過程：

1.創(chuàng)建并初始化 JPLISAgent；

2.監(jiān)聽 VMInit 事件，在 JVM 初始化完成之后做下面的事情：

1. 創(chuàng)建 InstrumentationImpl 對象 ；
2. 監(jiān)聽 ClassFileLoadHook 事件 ；
3. 調(diào)用 InstrumentationImpl 的loadClassAndCallPremain方法，在這個方法里會去調(diào)用 javaagent 中 MANIFEST.MF 里指定的Premain-Class 類的 premain 方法 ；

3.解析 javaagent 中 MANIFEST.MF 文件的參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)來設(shè)置 JPLISAgent 里的一些內(nèi)容。

運行時加載instrument agent過程：

通過 JVM 的attach機制來請求目標 JVM 加載對應(yīng)的agent，過程大致如下：

1.創(chuàng)建并初始化JPLISAgent；

2.解析 javaagent 里 MANIFEST.MF 里的參數(shù)；

3.創(chuàng)建 InstrumentationImpl 對象；

4.監(jiān)聽 ClassFileLoadHook 事件；

5.調(diào)用 InstrumentationImpl 的loadClassAndCallAgentmain方法，在這個方法里會去調(diào)用javaagent里 MANIFEST.MF 里指定的Agent-Class類的agentmain方法。

Instrumentation的局限性

大多數(shù)情況下，我們使用Instrumentation都是使用其字節(jié)碼插樁的功能，或者籠統(tǒng)說就是類重定義(Class Redefine)的功能，但是有以下的局限性：

1.premain和agentmain兩種方式修改字節(jié)碼的時機都是類文件加載之后，也就是說必須要帶有Class類型的參數(shù)，不能通過字節(jié)碼文件和自定義的類名重新定義一個本來不存在的類。

2.類的字節(jié)碼修改稱為類轉(zhuǎn)換(Class Transform)，類轉(zhuǎn)換其實最終都回歸到類重定義Instrumentation#redefineClasses()方法，此方法有以下限制：

1. 新類和老類的父類必須相同；
2. 新類和老類實現(xiàn)的接口數(shù)也要相同，并且是相同的接口；
3. 新類和老類訪問符必須一致。 新類和老類字段數(shù)和字段名要一致；
4. 新類和老類新增或刪除的方法必須是private static/final修飾的；
5. 可以修改方法體。
   

除了上面的方式，如果想要重新定義一個類，可以考慮基于類加載器隔離的方式：創(chuàng)建一個新的自定義類加載器去通過新的字節(jié)碼去定義一個全新的類，不過也存在只能通過反射調(diào)用該全新類的局限性。

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