大白话JavaAgent

Posted 2020-11-10 xiaogeng

 

一、JavaAgent是什么？

JDK5中只能通过命令行参数在启动JVM时指定javaagent参数来设置代理类，而JDK6中已经不仅限于在启动JVM时通过配置参数来设置代理类，JDK6中通过 Java Tool API 中的 attach 方式，我们也可以很方便地在运行过程中动态地设置加载代理类，以达到 instrumentation 的目的。 Instrumentation 的最大作用，就是类定义动态改变和操作。

二、JavaAgent能干什么？

javaagent的主要的功能如下：

• 可以在加载class文件之前做拦截把字节码做修改

• 可以在运行期将已经加载的类的字节码做变更，但是这种情况下会有很多的限制

• 还有其他的一些小众的功能

• 获取所有已经被加载过的类

• 获取所有已经被初始化过了的类（执行过了clinit方法，是上面的一个子集）

• 获取某个对象的大小

• 将某个jar加入到bootstrapclasspath里作为高优先级被bootstrapClassloader加载

• 将某个jar加入到classpath里供AppClassloard去加载

• 设置某些native方法的前缀，主要在查找native方法的时候做规则匹配

想象一下可以让程序按照我们预期的逻辑去执行，听起来是不是挺酷的。

三、一个简单的 Agent 实现

下面将通过一个具体的例子，来阐述如何开发一个简单的 Agent 。这个 Agent 是通过 C++ 编写的（读者可以在最后下载到完整的代码），他通过监听 JVMTI_EVENT_METHOD_ENTRY 事件，注册对应的回调函数来响应这个事件，来输出所有被调用函数名。有兴趣的读者还可以参照这个基本流程，通过 JVMTI 提供的丰富的函数来进行扩展和定制。

Agent 的设计

具体实现都在 MethodTraceAgent 这个类里提供。按照顺序，他会处理环境初始化、参数解析、注册功能、注册事件响应，每个功能都被抽象在一个具体的函数里。 

 

Agent_OnLoad 函数会在 Agent 被加载的时候创建这个类，并依次调用上述各个方法，从而实现这个 Agent 的功能。 

 

运行过程如图 1 所示：

图 1. Agent 时序图 

 

Agent 编译和运行

Agent 的编译非常简单，他和编译普通的动态链接库没有本质区别，只是需要将 JDK 提供的一些头文件包含进来。

• Windows:

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•  Linux:
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  在附带的代码文件里提供了一个可运行的 Java 类，默认情况下运行的结果如下图所示：

  图 2. 默认运行输出 

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•  现在，我们运行程序前告诉 Java 先加载编译出来的 Agent： 
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  这次的输出如图 3. 所示：

  图 3. 添加 Agent 后输出 

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  可以当程序运行到到 MethodTraceTest 的 first 方法是，Agent 会输出这个事件。“ first ”是 Agent 运行的参数，如果不指定话，所有的进入方法的触发的事件都会被输出，如果读者把这个参数去掉再运行的话，会发现在运行 main 函数前，已经有非常基本的类库函数被调用了。

   

  四、总结

  Java 虚拟机通过 JVMTI 提供了一整套函数来帮助用户检测管理虚拟机运行态，它主要通过 Agent 的方式实现与用户的互操作。通过 Agent 这种方式不仅仅用户可以使用，事实上，JDK 里面的很多工具，比如 Instrumentation 和 JDI, 都采用了这种方式。这种方式无需把这些工具绑定在虚拟机上，减少了虚拟机的负荷和内存占用。