技术问答集锦（13）Java Instrument原理

1 Java Instrument能做什么？最大的作用？

1. 使开发者可以构建一个独立于应用程序的代理程序Agent，用来监控和协助运行在JVM上的程序，更重要的是能够替换和修改某些类的定义；

2. 最大的作用：可以实现一种虚拟机级别支持的AOP实现方式；

2 在JDK 1.5 、1.6中，Java Instrument做了哪些变动支持？

1. JDK 1.5：支持静态Instrument，就是在JVM启动前静态设置Instrument；

2. JDK 1.6：支持动态Instrument，就是在JVM启动后动态设置Instrument；支持本地代码Instrument；支持动态改变classpath；

3 Java Instrument的实现是基于JVM哪种机制？JVMTI是什么，可以做什么？

1. 基于JVMTI代理程序；
2. JVMTI：一套代理程序机制，为JVM相关工具提供的本地编程接口集合；
3. JVMTI可以支持第三方工具程序以代理的方式连接和访问JVM，并利用JVMTI提供的丰富的编程接口，完成很多跟JVM相关的功能；

4 Instrument premain、agentmain方法执行时机？

1. premain执行时机：在JVM启动时，初始化函数eventHandlerVMinit会调用sun.instrument.instrumentationImpl类的loadClassAndCallPremain方法去执行Premain-Class指定类的premain方法；
2. agentmain执行时机：在JVM启动后，通过VirtualMachine附着一个Instrument，如：vm.loadAgent(jar)，会调用sun.instrument.instrumentationImpl类的loadClassAndCallAgentmain方法去执行Agentmain-Class指定类的agentmain方法；

5 Instrument premain、agentmain方法中两个参数agentArgs、inst代表什么？分别会有什么作用？

1. agentArgs：代理程序命令行中输入参数，随同“-javaagent”一起传入，与main函数不同的是，这个参数是一个字符串而不是一个字符串数组；
2. inst：java.lang.instrument.Instrumentation实例，由JVM自动传入，集中了几乎所有功能方法，如：类操作、classpath操作等；

6 java.lang.instrument.ClassFileTransformer是什么，有什么作用？

1. ClassFileTransformer当中的transform方法可以对类定义进行操作修改；
2. 在类字节码载入JVM前，JVM会调用ClassFileTransformer.transform方法，从而实现对类定义进行操作修改，实现AOP功能；相对于JDK 动态代理、CGLIB等AOP实现技术，不会生成新类，也不需要原类有接口；

7 对于agentmain方法执行，如何进行动态attach agent？

通过VirtualMachine附着一个Instrument，如：vm.loadAgent(jar)；

8 META-INF/MAINFEST.MF参数清单？

1. Premain-Class：指定包含premain方法的类名；
2. Agent-Class：指定包含agentmain方法的类名；
3. Boot-Class-Path：指定引导类加载器搜索的路径列表。查找类的特点于平台的机制失败后，引导类加载器会搜索这些路径；
4. Can-Redefine-Class：是否能重新定义此代理所需的类，默认为false；
5. Can-Retransform-Class：是否能重新转换此代理所需的类，默认为false；
6. Can-Set-Native-Method-Prefix：是否能设置此代理所需的本机方法前缀，默认值为false；

9 两个核心API ClassFileTransformer、Instrumention？

1. ClassFileTransformer：定义了类加载前的预处理类；
2. Instrumentation：增强器

（1）add/removeTransformer：添加/删除ClasFileTransformer；

（2）retransformerClasses：指定哪些类，在已加载的情况下，重新进行转换处理，即触发重新加载类定义；对于重新加载的类不能修改旧有的类声明，比如：不能增加属性、不能修改方法声明等；

（3）redefineClasses：指定哪些类，触发重新加载类定义，与上面不同的是不会重新进行转换处理，而是把处理结果bytecode直接给JVM；

（4）getAllLoadedClasses：获取当前已加载的Class集合；

（5）getInitiatedClasses：获取由某个特定ClassLoader加载的类定义；

（6）getObjectSize：获得一个对象占用的空间大小；

（7）appendToBootstrapClassLoaderSearch/appentToSystemClassLoaderSearch：增加BootstrapClassLoader/SystemClassLoader搜索路径；

（8）isNativeMethodPrefixSupported/SetNativeMethodPrefix：判断JVM是否支持拦截Native Method；

10 Java Instrument工作原理？

1. 在JVM启动时，通过JVM参数-javaagent，传入agent jar，Instrument Agent被加载；
2. 在Instrument Agent 初始化时，注册了JVMTI初始化函数eventHandlerVMinit；
3. 在JVM启动时，会调用初始化函数eventHandlerVMinit，启动了Instrument Agent，用sun.instrument.instrumentationImpl类里的方法loadClassAndCallPremain方法去初始化Premain-Class指定类的premain方法；
4. 初始化函数eventHandlerVMinit，注册了class解析的ClassFileLoadHook函数；
5. 在解析Class之前，JVM调用JVMTI的ClassFileLoadHook函数，钩子函数调用sun.instrument.instrumentationImpl类里的transform方法，通过TransformerManager的transformer方法最终调用我们自定义的Transformer类的transform方法；
6. 因为字节码在解析Class之前改的，直接使用修改后的字节码的数据流替代，最后进入Class解析，对整个Class解析无影响；
7. 重新加载Class依然重新走5-6步骤；