Arthas redefine原理

转载自studyidea.cn的博客

前言

arthas可以热部署已经被虚拟机加载的类，这其实是借助Instrumentation的redefineClasses能力实现的，Instrumentation可以借助preMain和agentMain的方式分别在程序启动前和运行中获取jvm的信息，进行类的更改和替换，而arthas很明显，是通过agentMain的方式做到在程序运行时做的redefine。

Attach Api

Attach API 位于 tools.jar 包，可以用来连接目标 JVM。Attach API 非常简单，内部只有两个主要的类，VirtualMachine 与 VirtualMachineDescriptor。

VirtualMachine 代表一个 JVM 实例， 使用它提供 attach 方法，我们就可以连接上目标 JVM。

VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach(pid);
VirtualMachineDescriptor 则是一个描述虚拟机的容器类，通过该实例我们可以获取到 JVM PID(进程 ID),该实例主要通过 VirtualMachine#list 方法获取。

for (VirtualMachineDescriptor descriptor : VirtualMachine.list()){

    System.out.println(descriptor.id());
}

通过agentMain的方式实现热更新

首先需要编写一个类，包含以下两个方法：

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

上面的方法只需要实现一个即可。若两个都实现， [1] 优先级大于 [2]，将会被优先执行。

接着读取外部传入 class 文件，调用 Instrumentation#redefineClasses，这个方法将会使用新 class 替换当前正在运行的 class，这样我们就完成了类的修改。

public class AgentMain {
    /**
     *
     * @param agentArgs 外部传入的参数，类似于 main 函数 args
     * @param inst
     */
    public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
        // 从 agentArgs 获取外部参数
        System.out.println("开始热更新代码");
        // 这里将会传入 class 文件路径
        String path = agentArgs;
        try {
            // 读取 class 文件字节码
            RandomAccessFile f = new RandomAccessFile(path, "r");
            final byte[] bytes = new byte[(int) f.length()];
            f.readFully(bytes);
            // 使用 asm 框架获取类名
            final String clazzName = readClassName(bytes);

            // inst.getAllLoadedClasses 方法将会获取所有已加载的 class
            for (Class clazz : inst.getAllLoadedClasses()) {
                // 匹配需要替换 class
                if (clazz.getName().equals(clazzName)) {
                    ClassDefinition definition = new ClassDefinition(clazz, bytes);
                    // 使用指定的 class 替换当前系统正在使用 class
                    inst.redefineClasses(definition);
                }
            }

        } catch (UnmodifiableClassException | IOException | ClassNotFoundException e) {
            System.out.println("热更新数据失败");
        }


    }

    /**
     * 使用 asm 读取类名
     *
     * @param bytes
     * @return
     */
    private static String readClassName(final byte[] bytes) {
        return new ClassReader(bytes).getClassName().replace("/", ".");
    }
}

完成代码之后，我们还需要往 jar 包 manifest 写入以下属性。

## 指定 agent-main 全名
Agent-Class: com.andyxh.AgentMain
## 设置权限，默认为 false，没有权限替换 class
Can-Redefine-Classes: true

我们使用 maven-assembly-plugin，将上面的属性写入文件中。

<plugin>
    <artifactId>maven-assembly-pluginartifactId>
    <version>3.1.0version>
    <configuration>
        
        <finalName>hotswap-jdkfinalName>
        <appendAssemblyId>falseappendAssemblyId>
        <descriptorRefs>
            
            <descriptorRef>jar-with-dependenciesdescriptorRef>
        descriptorRefs>
        <archive>
            <manifestEntries>
                
                <Agent-Class>
                    com.andyxh.AgentMain
                Agent-Class>
                <Can-Redefine-Classes>
                    true
                Can-Redefine-Classes>
            manifestEntries>
            <manifest>
                
                <mainClass>com.andyxh.JvmAttachMainmainClass>
            manifest>
        archive>
    configuration>
    <executions>
        <execution>
            <id>make-assemblyid> 
            <phase>packagephase> 
            <goals>
                <goal>singlegoal>
            goals>
        execution>
    executions>
plugin>

到这里我们就完成热更新主要代码，接着使用 Attach API，连接目标虚拟机，触发热更新的代码。

public class JvmAttachMain {
    public static void main(String[] args) throws IOException, AttachNotSupportedException, AgentLoadException, AgentInitializationException {
        // 输入参数，第一个参数为需要 Attach jvm pid 第二参数为 class 路径
        if(args==null||args.length<2){
            System.out.println("请输入必要参数，第一个参数为 pid，第二参数为 class 绝对路径");
            return;
        }
        String pid=args[0];
        String classPath=args[1];
        System.out.println("当前需要热更新 jvm pid 为 "+pid);
        System.out.println("更换 class 绝对路径为 "+classPath);
        // 获取当前 jar 路径
        URL jarUrl=JvmAttachMain.class.getProtectionDomain().getCodeSource().getLocation();
        String jarPath=jarUrl.getPath();

        System.out.println("当前热更新工具 jar 路径为 "+jarPath);
        VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach(pid);//7997是待绑定的jvm进程的pid号
        // 运行最终 AgentMain 中方法
        vm.loadAgent(jarPath, classPath);
    }
}

在这个启动类，我们最终调用 VirtualMachine#loadAgent，JVM 将会使用上面 AgentMain 方法使用传入 class 文件替换正在运行 class。