技術問答集錦（13）Java Instrument原理

猿碼道發表於2018-04-17
Java

1 Java Instrument能做什麼？最大的作用？

  1. 使開發者可以構建一個獨立於應用程式的代理程式Agent，用來監控和協助執行在JVM上的程式，更重要的是能夠替換和修改某些類的定義；

  2. 最大的作用：可以實現一種虛擬機器級別支援的AOP實現方式；

2 在JDK 1.5 、1.6中，Java Instrument做了哪些變動支援？

  1. JDK 1.5：支援靜態Instrument，就是在JVM啟動前靜態設定Instrument；

  2. JDK 1.6：支援動態Instrument，就是在JVM啟動後動態設定Instrument；支援原生程式碼Instrument；支援動態改變classpath；

3 Java Instrument的實現是基於JVM哪種機制？JVMTI是什麼，可以做什麼？

  1. 基於JVMTI代理程式；
  2. JVMTI：一套代理程式機制，為JVM相關工具提供的本地程式設計介面集合；
  3. JVMTI可以支援第三方工具程式以代理的方式連線和訪問JVM，並利用JVMTI提供的豐富的程式設計介面，完成很多跟JVM相關的功能；

4 Instrument premain、agentmain方法執行時機？

  1. premain執行時機：在JVM啟動時，初始化函式eventHandlerVMinit會呼叫sun.instrument.instrumentationImpl類的loadClassAndCallPremain方法去執行Premain-Class指定類的premain方法；
  2. agentmain執行時機：在JVM啟動後，通過VirtualMachine附著一個Instrument，如：vm.loadAgent(jar)，會呼叫sun.instrument.instrumentationImpl類的loadClassAndCallAgentmain方法去執行Agentmain-Class指定類的agentmain方法；

5 Instrument premain、agentmain方法中兩個引數agentArgs、inst代表什麼？分別會有什麼作用？

  1. agentArgs：代理程式命令列中輸入引數，隨同“-javaagent”一起傳入，與main函式不同的是，這個引數是一個字串而不是一個字串陣列；
  2. inst：java.lang.instrument.Instrumentation例項，由JVM自動傳入，集中了幾乎所有功能方法，如：類操作、classpath操作等；

6 java.lang.instrument.ClassFileTransformer是什麼，有什麼作用？

  1. ClassFileTransformer當中的transform方法可以對類定義進行操作修改；
  2. 在類位元組碼載入JVM前，JVM會呼叫ClassFileTransformer.transform方法，從而實現對類定義進行操作修改，實現AOP功能；相對於JDK 動態代理、CGLIB等AOP實現技術，不會生成新類，也不需要原類有介面；

7 對於agentmain方法執行，如何進行動態attach agent？

通過VirtualMachine附著一個Instrument，如：vm.loadAgent(jar)；

8 META-INF/MAINFEST.MF引數清單？

  1. Premain-Class：指定包含premain方法的類名；
  2. Agent-Class：指定包含agentmain方法的類名；
  3. Boot-Class-Path：指定引導類載入器搜尋的路徑列表。查詢類的特點於平臺的機制失敗後，引導類載入器會搜尋這些路徑；
  4. Can-Redefine-Class：是否能重新定義此代理所需的類，預設為false；
  5. Can-Retransform-Class：是否能重新轉換此代理所需的類，預設為false；
  6. Can-Set-Native-Method-Prefix：是否能設定此代理所需的本機方法字首，預設值為false；

9 兩個核心API ClassFileTransformer、Instrumention？

  1. ClassFileTransformer：定義了類載入前的預處理類；
  2. Instrumentation：增強器

（1）add/removeTransformer：新增/刪除ClasFileTransformer；

（2）retransformerClasses：指定哪些類，在已載入的情況下，重新進行轉換處理，即觸發重新載入類定義；對於重新載入的類不能修改舊有的類宣告，比如：不能增加屬性、不能修改方法宣告等；

（3）redefineClasses：指定哪些類，觸發重新載入類定義，與上面不同的是不會重新進行轉換處理，而是把處理結果bytecode直接給JVM；

（4）getAllLoadedClasses：獲取當前已載入的Class集合；

（5）getInitiatedClasses：獲取由某個特定ClassLoader載入的類定義；

（6）getObjectSize：獲得一個物件佔用的空間大小；

（7）appendToBootstrapClassLoaderSearch/appentToSystemClassLoaderSearch：增加BootstrapClassLoader/SystemClassLoader搜尋路徑；

（8）isNativeMethodPrefixSupported/SetNativeMethodPrefix：判斷JVM是否支援攔截Native Method；

10 Java Instrument工作原理？

  1. 在JVM啟動時，通過JVM引數-javaagent，傳入agent jar，Instrument Agent被載入；
  2. 在Instrument Agent 初始化時，註冊了JVMTI初始化函式eventHandlerVMinit；
  3. 在JVM啟動時，會呼叫初始化函式eventHandlerVMinit，啟動了Instrument Agent，用sun.instrument.instrumentationImpl類裡的方法loadClassAndCallPremain方法去初始化Premain-Class指定類的premain方法；
  4. 初始化函式eventHandlerVMinit，註冊了class解析的ClassFileLoadHook函式；
  5. 在解析Class之前，JVM呼叫JVMTI的ClassFileLoadHook函式，鉤子函式呼叫sun.instrument.instrumentationImpl類裡的transform方法，通過TransformerManager的transformer方法最終呼叫我們自定義的Transformer類的transform方法；
  6. 因為位元組碼在解析Class之前改的，直接使用修改後的位元組碼的資料流替代，最後進入Class解析，對整個Class解析無影響；
  7. 重新載入Class依然重新走5-6步驟；

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