故障測試 Byteman 上手實踐

故障測試的主要任務就是模擬各種可能出現的問題，看看系統在這些問題面前會怎麼反應。透過這些測試，我們能發現平時可能沒暴露出來的問題，還能測試系統在遇到麻煩時的應對能力。例如，我們可以故意製造網路延遲、讓服務中斷，或者耗盡系統資源，看看系統能否正常執行並快速恢復。

如何進行更加高效的故障測試場景構造則需要專業的工具來實現，其中對於 Java 語言的故障注入，Byteman 是一個值得學習的優秀工具。

Byteman 簡介

Byteman 是一個用於 Java 應用程式的動態故障注入工具，由 JBoss 開發，它可以在應用程式執行時修改位元組碼，從而注入各種故障和異常。Byteman 的核心功能是透過在執行時插入程式碼來模擬系統故障和測試應用程式的異常處理能力。這種方式使得開發人員可以在不修改原始程式碼的情況下進行測試，極大地提高了測試的靈活性和效率。

除了故障測試場景外，Byteman 還能夠與主流的測試框架（如 JUnit 和 TestNG）整合，使得在自動化測試過程中注入故障變得更加便捷。它特別適用於在開發和測試階段驗證應用程式的容錯能力和穩定性，幫助開發人員在系統上線前發現和解決潛在問題。

Byteman 主要功能

Byteman 功能非常強大，基於 asm9 開發，實現了對 Java 位元組碼的操作能力。Byteman 實現了更加強大而且豐富的位元組碼操作功能，以適應實際的故障注入（當然也有整合測試）場景，讓使用者使用起來更加簡介和高效。

動態故障注入

Byteman 的動態故障注入功能允許開發人員在應用程式執行時，實時地將故障和異常注入到系統中。這種能力使得開發者可以模擬各種異常情況，比如網路延遲、服務當機或資源耗盡，而無需修改應用程式的原始碼。這種實時注入機制極大地提升了測試的靈活性，開發人員可以在生產環境或測試環境中快速驗證系統的魯棒性，確保應用程式在各種異常條件下的表現符合預期。

位元組碼修改

Byteman 可以在執行時直接修改 Java 應用程式的位元組碼，這意味著開發人員可以在不重新編譯或修改原始碼的情況下，注入自定義的故障邏輯。這種位元組碼修改能力使得 Byteman 能夠精確地控制方法的行為、改變方法的返回值或在方法執行期間插入額外的程式碼。透過這種方式，開發人員能夠深入測試應用程式的內部邏輯，模擬各種可能的故障情景，並觀察系統如何響應這些情境。

規則定義

Byteman 使用一種專門的規則語言（DSL）來定義故障注入規則。開發人員可以編寫規則檔案（.btm 檔案），詳細描述何時、如何以及在哪裡注入故障。規則語言允許定義複雜的注入邏輯，比如在特定條件下丟擲異常、修改方法的返回值、或者在方法執行前後插入程式碼。這種靈活的規則定義能力使得 Byteman 能夠滿足各種故障測試需求，並幫助開發人員精確控制故障注入的時機和方式。

整合測試框架

Byteman 可以與主流的測試框架（如 JUnit 和 TestNG）無縫整合。這種整合能力使得在自動化測試過程中注入故障變得更加便捷和高效。透過在測試用例中動態注入故障，開發人員可以在單元測試或整合測試階段驗證應用程式的異常處理能力。整合測試框架的支援不僅簡化了故障測試的過程，還幫助開發團隊在開發早期發現和修復問題，從而提高軟體的穩定性和可靠性。

Byteman 上手實踐

網上搜尋得來的教程中，大多數都是透過 JVM 引數的方式注入 jar 包和 btm 檔案。由於本地使用起來比較麻煩而且不靈活，需要多次配置引數才行。幸好 Byteman 提供了更加靈活的方式，動態注入功能，其中主要透過兩個 sh 指令碼的方式實現的： bminstall.sh 和 bmsubmit.sh。後面很多的演示功能都是透過這兩個指令碼實現動態管理故障宣告週期的，所以我們需要首先掌握這兩個指令碼的命令。下面我們先進入上手實踐環節。

準備工作

在實操之前，我們需要做一些準備工作，以下是我整理的幾項內容，描述簡單，都可以透過搜尋各類教程實現，大同小異。

下載 Byteman 工具，建議去官網下載。
配置環境變數，其中選擇合適的資料夾存放解壓的檔案，然後設定 BYTEMAN_HOME 。
配置 JVM 引數，下面是我的配置，僅供參考：-javaagent://byteman-download-4.0.23/lib/byteman.jar=listener:true,boot://byteman-download-4.0.23/lib/byteman.jar 如果想增加 helper，請新增 boot://byteman-download-4.0.23/lib/byteman-helper.jar ，如果想覆蓋環境變數，請新增 -Dorg.jboss.byteman.home=//byteman-download-4.0.23

編寫測試程式和 btm 檔案

首先我們先寫一個簡單的 Java 類和 main 方法：

package com.funtest.temp;  

public class BytemanDemo {  

    public static void main(String[] args) {  
        while (true) {  
            try {  
                Thread.sleep(1000);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                throw new RuntimeException(e);  
            }  
            print();  
        }  
    }  

    static void print() {  
        System.out.println("Hello Word from Byteman ,By FunTester !!!");  
    }  
}

功能簡單，每秒鐘列印一行日誌。然後我們編寫一個 btm 檔案，建議小白直接複製官方程式碼倉庫中的模板，修改關鍵字後面的引數值即可。下面是我的演示 btm 檔案內容。

RULE Byteman Demo
CLASS com.funtest.temp.BytemanDemo
METHOD print
AT ENTRY
IF true
DO System.out.println("Byteman Print Hello World !!!");
ENDRULE

這個 Byteman 規則檔案 (.btm 檔案) 定義了一個簡單的規則，能夠在特定條件下插入程式碼。我們逐條來解釋它的內容：

RULE Byteman Demo：含義：這定義了一條 Byteman 規則，併為該規則命名為 “Byteman Demo”。每個規則都會有一個唯一的名稱，便於識別和管理。作用：Byteman 在執行時根據規則名稱來執行相應的程式碼注入。這個規則的名字表示它是一個演示用途的規則。
CLASS com.funtest.temp.BytemanDemo：含義：指定了這條規則應用於哪個類，即 com.funtest.temp.BytemanDemo。作用：Byteman 會在 JVM 執行時，找到並監控該類中的方法，準備注入程式碼。在這個例子中，目標類是 com.funtest.temp.BytemanDemo。
METHOD print：含義：指定了規則應用到目標類的哪個方法上。這裡的目標方法是 print 方法。作用：Byteman 會對 BytemanDemo 類的 print 方法進行攔截，並在該方法的特定位置插入程式碼。
AT ENTRY：含義：指定了程式碼注入的時機。AT ENTRY 表示在目標方法 print 開始執行時，即方法入口處，插入程式碼。作用：Byteman 在 print 方法被呼叫的第一時間，在其程式碼執行之前插入規則中的程式碼。
IF true：含義：條件判斷語句。IF true 表示這個規則無條件生效，即只要這個方法被呼叫，就會執行後面的程式碼。作用：Byteman 支援根據條件進行程式碼注入，此處條件始終為 true，因此每次方法呼叫時都注入程式碼。
DO System.out.println("Byteman Print Hello World !!!");：含義：這是在滿足條件時執行的動作。這裡指定的是透過標準輸出列印一行文字 "Byteman Print Hello World !!!".作用：當 print 方法被呼叫時，Byteman 會在方法執行之前輸出這行文字到控制檯。
ENDRULE：含義：表示這條規則的結束。作用：Byteman 知道從這裡開始不再執行該規則的任何內容。

基本上所有的 btm 檔案都遵循著這個模板的結構，開始識別符號和名稱、注入點、判斷條件、執行方法、結束識別符號。

注入故障

我們執行下列命令： bmsubmit.sh -l temp.btm ，會列印 install rule Byteman Demo。如果不符合預期或者報錯，請檢查環境設定和 btm 檔案結構，或者根據報錯資訊檢查對應位點。

然後我們就可以在程式執行的控制檯看到下面的內容：

Hello Word from Byteman ,By FunTester !!!
Byteman Print Hello World !!!
Hello Word from Byteman ,By FunTester !!!
Byteman Print Hello World !!!
Hello Word from Byteman ,By FunTester !!!
Byteman Print Hello World !!!
Hello Word from Byteman ,By FunTester !!!

說明我們的程式碼已經成功被 Byteman 修改並且生效了。

解除故障

解除的方法執行下列命令：bmsubmit.sh -u temp.btm，如果我們想一鍵解除安裝所有已經載入的 btm 檔案，可以去掉最後一個引數，使用 bmsubmit.sh -u 即可。

shell 指令碼

下面是兩個 shell 指令碼的主要功能，使用方法，可以使用 -h 來檢視。

bminstall.sh

bminstall.sh 是 Byteman 提供的一個指令碼，用於簡化 Byteman Java Agent 的安裝和配置。它提供了一些方便的命令選項，能夠將 Byteman Agent 注入到正在執行的 JVM 例項中，而無需修改原始的啟動指令碼或重新啟動應用程式。

主要功能：

動態安裝 Byteman Agent：允許在不停止 Java 應用程式的情況下，將 Byteman Agent 注入到指定的 JVM 例項中。透過這種方式，你可以在執行時為目標應用新增 Byteman 的故障注入能力。
自動檢測 JVM： bminstall.sh 會自動掃描並列出當前執行的所有 JVM 例項。使用者可以選擇某個 JVM 例項，將 Byteman Agent 動態注入其中，而無需手動指定 PID（程序 ID）。
指定 PID 安裝：使用者也可以透過指定 JVM 例項的 PID（程序 ID）來注入 Byteman Agent。這個功能對於特定應用的除錯非常有用。
支援自定義 Java Agent 配置：透過 bminstall.sh，你可以傳遞額外的選項，例如 listener:true、boot:<jar-path> 等，來配置 Byteman 的行為，類似於手動透過 -javaagent 選項配置。

bmsubmit.sh

bmsubmit.sh 是 Byteman 提供的另一個指令碼，主要用於向已經執行的 JVM 例項提交或撤銷 Byteman 規則檔案（.btm 檔案）。它的核心功能是幫助使用者在不停止應用程式的情況下，動態地載入、修改、或解除安裝故障注入規則。