如何使用java-agent

這篇文章主要講解了“如何使用java-agent”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“如何使用java-agent”吧！

靜態掛載

首先編寫java-agent的監控程序，靜態掛載的入口函數為premain。premain函數有兩種，區別是傳入參數不同。通常選擇帶有Instrumentation參數，可以使用該變量完成代碼的熱替換。

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

下面是一個簡單的例子。在premain函數中，使用Instrumentation增加一個transformer。當監控的java應用每次加載class的時候都會調用transformer。DefineTransformer是一個transformer，是ClassFileTransformer的實現。在它的transform函數的入參中會給出當前加載的類名，類加載器等信息。樣例中我們只是打印了加載的類名。

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.security.ProtectionDomain;
import javassist.*;
public class PreMain {
 
    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){
            System.out.println("premain load Class:" + className);
            return classfileBuffer;
        }
    }
}

運行java-agent需要將上述程序打包成一個jar文件，在jar文件的MANIFEST.MF中需要包含以下幾項

Can-Redefine-Classes: true
Can-Retransform-Classes: true
Premain-Class: com.huawei.PreMain

Premain-Class聲明了這個jar的premain函數所在的類，java-agent加載jar包時會在PreMain類中尋找premain。Can-Redefine-Classes與Can-Retransform-Classes聲明為true，表示允許這段程序修改java應用的代碼。

如果你是使用Maven的項目，可以使用增加下面的插件來自動添加MANIFEST.MF

<plugin>
    <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
    <artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
    <version>2.6</version>
    <configuration>
        <appendAssemblyId>false</appendAssemblyId>
    <descriptorRefs>
        <descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
    </descriptorRefs>
    <archive>
        <manifest>
            <addClasspath>true</addClasspath>
        </manifest>
        <manifestEntries>
            <Premain-Class>com.huawei.PreMain</Premain-Class>
            <Can-Redefine-Classes>true</Can-Redefine-Classes>
            <Can-Retransform-Classes>true</Can-Retransform-Classes>
        </manifestEntries>
    </archive>
    </configuration>
    <executions>
    <execution>
        <id>assemble-all</id>
        <phase>package</phase>
        <goals>
        <goal>single</goal>
        </goals>
    </execution>
    </executions>
</plugin>

輸出jar文件之后，編寫一個hello world的java應用編譯為hello.class，在啟動應用時使用如下命令

java -javaagent:/root/Java-Agent-Project-Path/target/JavaAgentTest-1.0-SNAPSHOT.jar hello

在執行中就可以打印java虛擬機在運行hello.class所加載的所有類。

java-agent的功能不僅限于輸出類的加載過程，通過下面這個樣例可以實現代碼的熱替換。首先編寫一個測試類。

public class App 
{
    public static void main( String[] args )
    {
        try{
            System.out.println( "main start!" );
 
            App test = new App();
            int x1 = 1;
            int x2 = 2;
            while(true){
                System.out.println(Integer.toString(test.add(x1, x2)));
                Thread.sleep(2000);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("main end");
        }
 
    }
 
    private int add(int x1, int x2){
        return x1+x2;
    }
}

然后我們修改PreMain類中transformer，并通過Instrumentation添加這個transformer。與DefineTransformer一樣。

static class MyClassTransformer implements ClassFileTransformer {
        @Override
        public byte[] transform(final ClassLoader loader,
                                final String className,
                                final Class<?> classBeingRedefined,
                                final ProtectionDomain protectionDomain,
                                final byte[] classfileBuffer) {
            // 如果當前加載的類是我們編寫的測試類，進入修改。
            if ("com/huawei/App".equals(className)) {
                try {
                    // 從ClassPool獲得CtClass對象
                    final ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();
                    final CtClass clazz = classPool.get("com.huawei.App");
 
                    //打印App類中的所有成員函數
                    CtMethod[] methodList = clazz.getDeclaredMethods();
                    for(CtMethod method: methodList){
                        System.out.println("premain method: "+ method.getName());
                    }
 
                    // 獲取add函數并替換，$1表示函數的第一個入參
                    CtMethod convertToAbbr = clazz.getDeclaredMethod("add");
                    String methodBody = "{return $1 + $2 + 11;}";
                    convertToAbbr.setBody(methodBody);
 
                    // 在add函數體之前增加一段代碼，同理也可以在函數尾部添加
                    String methodBody = "System.out.println(Integer.toString($1));";
                    convertToAbbr.insertBefore(methodBody);
 
                    // 返回字節碼，并且detachCtClass對象
                    byte[] byteCode = clazz.toBytecode();
                    //detach的意思是將內存中曾經被javassist加載過的Date對象移除，如果下次有需要在內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則字節碼不會被修改
            return null;
        }
    }

之后的步驟與之前相同，運行會發現add函數的邏輯已經被替換了。

動態掛載

動態掛載是在應用運行過程中動態的添加agent。技術原理是通過socket與目標進程通訊，發送load指令在目標進程掛載指定jar文件。agent執行過程中的功能與靜態過載是完全相同的。在實施過程中，有幾點不同。首先入口函數名不同，動態掛載的函數名是agentmain。與premain類似，有兩種格式。但通常采用帶有Instrumentation的那種。如下例所示

public class AgentMain {
 
    public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) throws UnmodifiableClassException {
        instrumentation.addTransformer(new MyClassTransformer(), true);
        instrumentation.retransformClasses(com.huawei.Test.class);
    }
 
    static class MyClassTransformer implements ClassFileTransformer {
        @Override
        public byte[] transform(final ClassLoader loader,
                                final String className,
                                final Class<?> classBeingRedefined,
                                final ProtectionDomain protectionDomain,
                                final byte[] classfileBuffer) {
            // 如果當前加載的類是我們編寫的測試類，進入修改。
            if ("com/huawei/App".equals(className)) {
                try {
                    // 從ClassPool獲得CtClass對象
                    final ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();
                    final CtClass clazz = classPool.get("com.huawei.App");
 
                    //打印App類中的所有成員函數
                    CtMethod[] methodList = clazz.getDeclaredMethods();
                    for(CtMethod method: methodList){
                        System.out.println("premain method: "+ method.getName());
                    }
 
                    // 獲取add函數并替換，$1表示函數的第一個入參
                    CtMethod convertToAbbr = clazz.getDeclaredMethod("add");
                    String methodBody = "{return $1 + $2 + 11;}";
                    convertToAbbr.setBody(methodBody);
 
                    // 返回字節碼，并且detachCtClass對象
                    byte[] byteCode = clazz.toBytecode();
                    //detach的意思是將內存中曾經被javassist加載過的Date對象移除，如果下次有需要在內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則字節碼不會被修改
            return null;
        }
    }
}

功能與靜態加載相同。需要注意的是，Instrumentation增加了transformer之后，調用了retransformClasses函數。這是由于transformer只有在Java虛擬機加載class時才會調用。如果是通過動態加載的方式，需要監控的class文件可能已經加載完成了。所以需要調用retransformClasses重新加載。

另外一點不同是MANIFEST.MF文件需要添加Agent-Class，如下所示

Can-Redefine-Classes: true
Can-Retransform-Classes: true
Premain-Class: com.huawei.PreMain
Agent-Class: com.huawei.AgentMain

最后一點不同是加載方式不同。動態掛載需要編寫一個加載腳本。如下所示，在這段腳本中，首先遍歷所有的java進程，通過啟動類名辨識需要監控的進程。通過進程id獲取VirtualMachine實例，并加載agentmain的jar文件。

import com.sun.tools.attach.*;
import java.io.IOException;
import java.util.List;
 
public class TestAgentMain {
 
    public static void main(String[] args) throws IOException, AttachNotSupportedException, AgentLoadException, AgentInitializationException{
        //獲取當前系統中所有 運行中的 虛擬機
        System.out.println("running JVM start ");
        List<VirtualMachineDescriptor> list = VirtualMachine.list();
        for (VirtualMachineDescriptor vmd : list) {
 
            System.out.println(vmd.displayName());
            String aim = "com.huawei.App";
            if (vmd.displayName().endsWith(aim)) {
                System.out.println(String.format("find %s, process id %s", vmd.displayName(), vmd.id()));
                VirtualMachine virtualMachine = VirtualMachine.attach(vmd.id());
                virtualMachine.loadAgent("/root/Java-Agent-Project-Path/target/JavaAgentTest-1.0-SNAPSHOT.jar");
                virtualMachine.detach();
            }
        }
    }
}

Scala程序監控

Scala與Java兼容性很好，所以使用java-agent監控scala應用也是可行的。但是仍然需要注意一些問題。第一點是程序替換只對class有作用，對object是無效的。第二個問題是，動態替換中是將程序編譯為字節碼之后再去替換的。java-agent使用的是java的編譯規則，所以替換程序要使用java的語言規則，否則會出現編譯錯誤。例如示例中使用System.out.println輸出參數信息，如果使用scala的println會出現編譯錯誤。

感謝各位的閱讀，以上就是“如何使用java-agent”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對如何使用java-agent這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！