JDK1.6“新“特性Instrumentation之JavaAgent(推荐)
简介
java agent是在jdk1.5以后,我们可以使用agent技术构建一个独立于应用程序的代理程序(即为agent),用来协助监测、运行甚至替换其他jvm上的程序。使用它可以实现虚拟机级别的aop功能。
agent分为两种,一种是在主程序之前运行的agent,一种是在主程序之后运行的agent(前者的升级版,1.6以后提供)。
javaagent的作用agent给我们程序带来的影响.jpg
使用agent-premain方法影响的程序效果图.jpg
使用agent-agentmain方法影响的程序效果图.jpg
javaagent相关的api
在java.lang.instrument包下 给我们提供了相关的api
而最为主要的就是instrumentation这个接口中的几个方法
public interface instrumentation { /** * 添加transformer(转换器) * classfiletransformer类是一个接口,通常用户只需实现这个接口的 byte[] transform()方法即可; * transform这个方法会返回一个已经转换过的对象的byte[]数组 * @param transformer 拦截器 * @return canretransform 是否能重新转换 */ void addtransformer(classfiletransformer transformer, boolean canretransform); /** * 重新触发类加载, * 该方法可以修改方法体、常量池和属性值,但不能新增、删除、重命名属性或方法,也不能修改方法的签名 * @param classes class对象 * @throws unmodifiableclassexception 异常 */ void retransformclasses(class<?>... classes) throws unmodifiableclassexception; /** * 直接替换类的定义 * 重新转换某个对象,并已一个新的class格式,进行转化。 * 该方法可以修改方法体、常量池和属性值,但不能新增、删除、重命名属性或方法,也不能修改方法的签名 * @param definitions classdefinition对象[class定义对象] * @throws classnotfoundexception,unmodifiableclassexception 异常 */ void redefineclasses(classdefinition... definitions)throws classnotfoundexception, unmodifiableclassexception; /** * 获取当前被jvm加载的所有类对象 * @return class[] class数组 */ class[] getallloadedclasses(); }
后面我们会在代码中具体用到这些方法。再详细说明。
javaagent-premain方法1-初探效果:
实现main方法前执行业务逻辑
agent1.java
public class agent1 { public static void premain(string agent){ system.out.println("agent1 premain :" + agent); } }
demo1.java
public class demo1 { /** * vm参数 * -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
运行效果
agent1 premain :input
demo1
javaagent-premain方法2-实现修改代码逻辑效果:
实现 修改 程序源代码 hello -> hello agented
agent2.java
public class agent2 { /** * 可以运行在main方法启动前 * @param agent 输入的参数 * @param instrumentation 输入的参数 */ 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参数 * -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
运行效果
agent2 premain 2param :input
满足条件
hello agented
hello agented
hello agented
hello agented
javaagent-premain方法3-无侵入动态修改程序源代码实现方法耗时统计效果:
实现main方法外的所有方法统计时间
agent3.java
public class agent3 { /** * 可以运行在main方法启动前 * @param agent 输入的参数 * @param instrumentation instrumentation对象由jvm提供并传入 */ public static void premain(string agent, instrumentation instrumentation) { system.out.println("agent3 premain :" + agent); instrumentation.addtransformer(new timecounttransformer()); } /** * 时间统计transformer 给要代理的方法添加时间统计 */ 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")) { //使用全称,用于取得字节码类<使用javassist> ctclass ctclass = classpool.getdefault().get(classname); //获得方法列表 ctmethod[] methods = ctclass.getdeclaredmethods(); //给方法设置代理 stream.of(methods).foreach(method-> agentmethod(ctclass,method)); //ctclass转byte[]数组 return ctclass.tobytecode(); } } catch (exception e) { e.printstacktrace(); } return null; } } /** * 代理方法,把传入的方法经写代理,并生成带时间统计的方法, * @param ctclass javassist的class类 * @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 + "$agent"; ctmethod.setname(newname); ctmethod newmethod = ctnewmethod.copy(ctmethod, mname, ctclass, null); // 构建新的方法体 string bodystr = "{\n" + "long starttime = system.currenttimemillis();\n" + newname + "();\n" + "long endtime = system.currenttimemillis();\n" + "system.out.println(\""+newname+"() cost:\" +(endtime - starttime));\n" + "}"; newmethod.setbody(bodystr);// 替换新方法 ctclass.addmethod(newmethod);// 增加新方法 } }catch (exception e){ e.printstacktrace(); } } }
demo3.java
public class demo3 { /** * vm参数 * -javaagent:d:\desktop\text\code\mycode\javaagentdemo\agent\target/agent.jar=input */ public static void main(string[] args) throws exception { sleep1(); sleep2(); } public static void sleep1(){ threadutil.sleep(1000); } public static void sleep2(){ threadutil.sleep(2000); } }
resources/meta-inf/manifest.mf
manifest-version: 1.0 archiver-version: plexus archiver built-by: dahuoyzs created-by: apache maven 3.6.0 build-jdk: 1.8.0_171 class-path: ../javassist-3.12.1.ga.jar premain-class: cn.bigfire.agent3 can-retransform-classes: true
运行效果
agent3 premain :input
sleep1$agent() cost:1005
sleep2$agent() cost:2001
javaagent-agentmain方法1-实现运行时修改程序效果:
实现运行时 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时,由于堆里还没有相应的class。所以直接addtransformer,程序就会生效。 // 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运行时 由于堆里已经存在class文件,所以新添加transformer后 // 还要再调用一个 inst.retransformclasses(clazz); 方法来更新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 -> 先运行demo2 -> 运行demo4 ->选择程序demo2结尾的程序,即可运行时修改文件 * vm参数 * -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("请选择第几个"); 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
此时的运行顺序
打包agent4 -> 先运行demo2 -> 运行demo4 ->选择程序demo2结尾的程序,即可运行时修改文件
运行效果
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 请选择第几个 0 true
demo2
agent4 premain 2param:input hello hello agent4 agentmain 2param :param hello agented hello agented hello agented
javaagent-agentmain方法2-实现动态修改日志级别效果:
实现运行时 修改程序 模拟项目中的动态日志 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); //这个方式不行。因为启动时class都还没有呢。 // 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 { //此时由于classbeingredefined是空,所以还是不能用这个class修改属性呢,只能通过 读取byte[]往堆里丢,才能用。 if (classname.equals("cn/bigfire/loglevelstarter")){ //【这是一个错误的思路】 premain的时候 classbeingredefined是空的因为很多的class还没加载到堆中 // if (classbeingredefined!=null){ // switchdebug(classbeingredefined); // return tobytes(classbeingredefined); // } //正常的读取一共文件byte[]数组 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; } } /** * 可序列化对象转byte[]数组 * @param clazz 要转byte[]数组的对象 * @return byte[] 返回byte[]数组 */ 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 改为true编译一下。放到src/main/resources/目录下;
loglevelstarter.java
public class loglevelstarter { public static volatile boolean isdebug = false; public static atomicboolean atomicdebug = new atomicboolean(false); /** * vm参数 * -javaagent:d:\desktop\text\code\mycode\javaagentdemo\agent\target/agent.jar=input */ public static void main(string[] args) throws exception { new thread(()->{ for (;;){ //死循环,每隔两秒打印一个日志。 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
此时的运行顺序
打包agent5 -> 先运行loglevelstarter -> 运行demo4 ->选择程序loglevelstarter结尾的程序,即可运行时修改文件
运行效果
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 请选择第几个 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,其实使用premain和agentmain。
premain把volatile修饰的isdbug给修改为true了。
而agentmain时把atomicdebug的值进行多次取反操作。
自己实现一个热部署功能的大致思路
当运行完本项目中的几个demo之后。
读者可能对java agent有了一些基本的概念
最起码我们知道了premain是可以运行在main函数前的。
而agentmain是可以在程序运行时,修改程序内的一些类文件的。
那么热部署很明显就是使用的agentmain这个特性了
那么热部署具体应该怎么实现呢?
这里先有个大概的思路。后续如果有经历,可以简单按照这个思路实现一下
思路
当我们文件发生修改的时候,项目会重新加载我们的类。
那么这里肯定会涉及到文件变化的观察。 即 观察者设计模式跑不了
首先递归当前项目目录。并根据文件类型,如(.java ,xml,yml等)将此类文件注册观察者模式。
当文件内容发生变化时,会调用 监听器中的回调方法;
在回调中完成如下(具体实现时未必需要)
使用java1.6的javacompiler编译java文件;
自定义classloader 装载 编译好的class到堆中
使用agentmain修改原class文件替换成新的class文件
完成热加载
javaagent的应用场景
apm:(application performance management)应用性能管理。pinpoint、cat、skywalking等都基于instrumentation实现
idea的hotswap、jrebel等热部署工具
应用级故障演练
java诊断工具arthas、btrace等
源代码
{ "author": "大火yzs", "title": "【javaagent】javaagent入门教程", "tag": "javaagent,instrumentation,运行时动态修改源程序", "createtime": "2020-08-02 18:30" }
总结
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