java.lang.Instrument 代理Agent使用详细介绍

java.lang.Instrument 代理Agent使用

java.lang.Instrument包是在JDK5引入的，程序员通过修改方法的字节码实现动态修改类代码。这通常是在类的main方法调用之前进行预处理的操作，通过java指定该类的代理类来实现。在类的字节码载入JVM前会调用ClassFileTransformer的transform方法，从而实现修改原类方法的功能，实现AOP,这个的好处是不会像动态代理或者CGLIB技术实现AOP那样会产生一个新类，也不需要原类要有接口。

（1） 代理 (agent) 是在你的main方法前的一个拦截器 (interceptor)，也就是在main方法执行之前，执行agent的代码。 agent的代码与你的main方法在同一个JVM中运行，并被同一个system classloader装载，被同一的安全策略 (security policy)和上下文 (context)所管理。 代理（agent）这个名字有点误导的成分，它与我们一般理解的代理不大一样。java agent使用起来比较简单。怎样写一个java agent? 只需要实现premain这个方法： public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) JDK 6 中如果找不到上面的这种premain的定义，还会尝试调用下面的这种premain定义： public static void premain(String agentArgs)

（2）Agent 类必须打成jar包，然后里面的META-INF/MAINIFEST.MF，必须包含Premain-Class这个属性。 下面是一个MANIFEST.MF的例子：

Manifest-Version: 1.0 Premain-Class:MyAgent1 Created-By:1.6.0_06

然后把MANIFEST.MF加入到你的jar包中。以下是agent jar文件的Manifest Attributes清单： Premain-Class 如果 JVM 启动时指定了代理，那么此属性指定代理类，即包含 premain 方法的类。如果 JVM 启动时指定了代理，那么此属性是必需的。如果该属性不存在，那么 JVM 将中止。注：此属性是类名，不是文件名或路径。 Agent-Class 如果实现支持 VM 启动之后某一时刻启动代理的机制，那么此属性指定代理类。 即包含 agentmain 方法的类。 此属性是必需的，如果不存在，代理将无法启动。注：这是类名，而不是文件名或路径。 Boot-Class-Path 设置引导类加载器搜索的路径列表。路径表示目录或库（在许多平台上通常作为 JAR 或 zip 库被引用）。查找类的特定于平台的机制失败后，引导类加载器会搜索这些路径。按列出的顺序搜索路径。列表中的路径由一个或多个空格分开。路径使用分层 URI 的路径组件语法。如果该路径以斜杠字符（“/”）开头，则为绝对路径，否则为相对路径。相对路径根据代理 JAR 文件的绝对路径解析。忽略格式不正确的路径和不存在的路径。如果代理是在 VM 启动之后某一时刻启动的，则忽略不表示 JAR 文件的路径。此属性是可选的。 Can-Redefine-Classes 布尔值（true 或 false，与大小写无关）。是否能重定义此代理所需的类。true 以外的值均被视为 false。此属性是可选的，默认值为 false。 Can-Retransform-Classes 布尔值（true 或 false，与大小写无关）。是否能重转换此代理所需的类。true 以外的值均被视为 false。此属性是可选的，默认值为 false。 Can-Set-Native-Method-Prefix 布尔值（true 或 false，与大小写无关）。是否能设置此代理所需的本机方法前缀。true 以外的值均被视为 false。此属性是可选的，默认值为 false。

（3）所有的这些Agent的jar包，都会自动加入到程序的classpath中。所以不需要手动把他们添加到classpath。除非你想指定classpath的顺序。

（4）一个java程序中-javaagent这个参数的个数是没有限制的，所以可以添加任意多个java agent。所有的java agent会按照你定义的顺序执行。 例如：

java -javaagent:MyAgent1.jar -javaagent:MyAgent2.jar -jar MyProgram.jar

假设MyProgram.jar里面的main函数在MyProgram中。MyAgent1.jar, MyAgent2.jar, 这2个jar包中实现了premain的类分别是MyAgent1, MyAgent2 程序执行的顺序将会是：

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

（5）另外，放在main函数之后的premain是不会被执行的，例如：

java -javaagent:MyAgent1.jar -jar MyProgram.jar -javaagent:MyAgent2.jar

MyAgent2 都放在了MyProgram.jar后面，所以MyAgent2的premain都不会被执行，所以执行的结果将是：

MyAgent1.premain -> MyProgram.main

（6）每一个java agent 都可以接收一个字符串类型的参数，也就是premain中的agentArgs，这个agentArgs是通过java option中定义的。例如：

java -javaagent:MyAgent2.jar=thisIsAgentArgs -jar MyProgram.jar

MyAgent2中premain接收到的agentArgs的值将是”thisIsAgentArgs” （不包括双引号）。

（7）参数中的Instrumentation：通过参数中的Instrumentation inst，添加自己定义的ClassFileTransformer，来改变class文件。这里自定义的Transformer实现了transform方法，在该方法中提供了对实际要执行的类的字节码的修改，甚至可以达到执行另外的类方法的地步。例如： 写agent类：

package org.toy;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
public class PerfMonAgent {
  private static Instrumentation inst = null;
  /**
   * This method is called before the application's main-method is called,
   * when this agent is specified to the Java VM.
   **/
  public static void premain(String agentArgs, Instrumentation _inst) {
    System.out.println("PerfMonAgent.premain() was called.");
    // Initialize the static variables we use to track information.
    inst = _inst;
    // Set up the class-file transformer.
    ClassFileTransformer trans = new PerfMonXformer();
    System.out.println("Adding a PerfMonXformer instance to the JVM.");
    inst.addTransformer(trans);
  }
}

写ClassFileTransformer类：

package org.toy;
import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.security.ProtectionDomain;
import javassist.CannotCompileException;
import javassist.ClassPool;
import javassist.CtBehavior;
import javassist.CtClass;
import javassist.NotFoundException;
import javassist.expr.ExprEditor;
import javassist.expr.MethodCall;
public class PerfMonXformer implements ClassFileTransformer {
  public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
    byte[] transformed = null;
    System.out.println("Transforming " + className);
    ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
    CtClass cl = null;
    try {
      cl = pool.makeClass(new java.io.ByteArrayInputStream(
          classfileBuffer));
      if (cl.isInterface() == false) {
        CtBehavior[] methods = cl.getDeclaredBehaviors();
        for (int i = 0; i < methods.length; i++) {
          if (methods[i].isEmpty() == false) {
            doMethod(methods[i]);
          }
        }
        transformed = cl.toBytecode();
      }
    } catch (Exception e) {
      System.err.println("Could not instrument " + className
          + ", exception : " + e.getMessage());
    } finally {
      if (cl != null) {
        cl.detach();
      }
    }
    return transformed;
  }
  private void doMethod(CtBehavior method) throws NotFoundException,
      CannotCompileException {
    // method.insertBefore("long stime = System.nanoTime();");
    // method.insertAfter("System.out.println(\"leave "+method.getName()+" and time:\"+(System.nanoTime()-stime));");
    method.instrument(new ExprEditor() {
      public void edit(MethodCall m) throws CannotCompileException {
        m.replace("{ long stime = System.nanoTime(); $_ = $proceed($$); System.out.println(\""
                + m.getClassName()+"."+m.getMethodName()
                + ":\"+(System.nanoTime()-stime));}");
      }
    });
  }
}

上面两个类就是agent的核心了，jvm启动时并会在应用加载前会调用 PerfMonAgent.premain，然后PerfMonAgent.premain中实例化了一个定制的ClassFileTransforme即 PerfMonXformer，并通过inst.addTransformer(trans)；把PerfMonXformer的实例加入Instrumentation实例（由jvm传入），这就使得应用中的类加载的时候， PerfMonXformer.transform都会被调用，你在此方法中可以改变加载的类，真的有点神奇，为了改变类的字节码，我使用了jboss的javassist,虽然你不一定要这么用，但jboss的javassist真的很强大，让你很容易的改变类的字节码。

在上面的方法中我通过改变类的字节码，在每个类的方法入口中加入了long stime = System.nanoTime();，在方法的出口加入了System.out.println(“methodClassName.methodName:”+(System.nanoTime()-stime));

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