不重启JVM动态添加日志（阿里Arthas）
一、背景
如果生产环境临时出现故障，但是现运行代码未打印定位问题所需要的日志，我们通常的做法是添加日志->重新发布->重现故障。但是这样麻烦不说，最重要的是重启节点会丢失现场，也不一定能重现问题。所以我们希望找到一个不重启应用，能够动态增加日志的方法。
二、目的与实现
对象是以类为模板创建的，每个类的普通非静态属性都是私有的，但是行为(方法)是共有的，类加载之后，类的行为存储在方法区。我们首先修改源码(比如增加日志)，然后重新编译生成字节码文件，再让jvm重新加载该字节码，这样该类创建的所有对象的对应行为也就改变了，并且已经创建的对象本身的属性和状态不会改变。
重新编译字节码很简单，我们主要需要考虑的是如何让jvm在不重启的前提下重新加载字节码文件。
2.1 Agent和Instrumentation
JDK在1.5之后新增了用instrument 做动态 Instrumentation的特性，开发者能利用Instrumentation构建一个独立于应用程序的代理程序，可以监测虚拟机、在字节码文件加载之前添加自定义代理实现AOP或者注册ClassFileTransformer以修改原字节码内容等。我们可以在一个普通 Java 程序运行时，通过-javaagent参数指定一个的 jar 文件（Agent）来启动代理程序（或者配置JVM启动参数）。简单说来分为以下几个步骤：
2.1.1 编写Agent程序
Agent主程序就是编写一个 Java 类，需要包含以下两个方法中的任何一个：
[1].public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst);
[2].public static void premain(String agentArgs);如果[1]和[2]同时存在，那么[2]将不会生效。该方法会在主程序main方法运行之前运行，通过Instrumentation，可以重新定义字节码内容。
2.1.2 生成jar包
将这个Agent程序打包成一个 jar 文件，并在MANIFEST.MF当中加入"Premain-Class"来指定上一步骤当中包含premain方法的Java 类。
2.1.3 运行主程序时添加Agent代理
在java命令行或者JVM启动参数配置-javaagent，比如：-javaagent:Agent.jar=param1=1¶m2=2，其中param1和param2为传入premain方法的参数，需要自己解析。
关于Agent premain，可以做很多有意义的事，比如在字节码加载之前重定义内容（依赖Instrumentation），这篇文章Java项目安全发布--Jar包（class）加解密实践就是利用的此特性，感兴趣的朋友可以研究一下。
2.2 Attach机制
前面内容介绍了premain，我们可以在主程序运行之前添加代理程序，而且只能在主程序运行之前设置，这就存在一定的局限性，如果我们启动主程序时没有指定代理程序，那么就无法使用Instrumentation。
不过好在JDK1.6之后，这种情况得到了改善。我们可以在主程序开始执行以后，再启动自己的代理程序。这就依赖于Sun提供的一套扩展 API：Attach。
Attach是sun提供的一个扩展API，可以通过它向一个JVM“附着”一个代理程序，步骤如下：
1> 获取JVM进程id
可通过JPS查看或者调用VirtualMachine.list()列举出运行的所有JVM
2> 附着到指定pid的JVM
通过VirtualMachine.attach(pid)实现（静态方法）
3> 注册代理程序
通过VirtualMachine.loadAgent(jar)实现，其中VirtualMachine代表目标JVM进程，jar即我们的代理程序
4> 解除附着
通过VirtualMachine.detach()实现，其中VirtualMachine代表目标VM进程
借助Attach机制，在运行过程中动态地设置加载代理的步骤如下：
1> 编写Agent程序
相对于前文提到的premain方法，现在有一个与之类似的agentmain方法，可以在主程序开始运行之后再运行。同样的，需要包含以下两个方法中的任何一个：
[1].public static void agentmain (String agentArgs, Instrumentation inst);
[2].public static void agentmain (String agentArgs);如果[1]和[2]同时存在，那么[2]将不会生效。agentArgs和inst都和premain中的使用一样。
2> 生成jar包
将这个Agent程序打包成一个 jar 文件，并在MANIFEST.MF当中加入"Agent-Class"来指定上一步骤当中包含premain方法的Java 类。
3> 使用Attach api将agent附着到目标JVM(代码片段)：
注：要使用Attach api，需要引用com.sun.tools，该工具包在%JAVA_HOME%/lib/tools.jar
List vms = VirtualMachine.list();
VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach(vms.get(0));
vm.loadAgent("agent.jar");
vm.detach(); 2.3 实现不重启JVM动态添加日志
有了前面的介绍，我们知道可以通过Attach机制向一个正在运行的JVM附着一个agent程序，在agent的agentmain方法里就可以借助Instrumentation提供的接口（redefineClasses和retransformClasses）替换已有字节码：
public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst)
throws ClassNotFoundException, UnmodifiableClassException,
InterruptedException {
//MyTransformer负责重定义字节码
inst.addTransformer(new MyTransformer(), true);
//TargetClass为目标类
inst.retransformClasses(TargetClass.class);
} 需要注意的是，替换字节码本身是一个不安全的动作，字节码内容不一定是由java文件编译而成，也可以是其它语言，只要符合字节码规范即可，当然也可以"手写创造"（asm、javassist等框架也比较好用）。我们重制字节码可能就没有了IDE的语法检查，如果新的字节码引用了一个不存在的类，或者调用不存在的方法，或者把一个field给删除了等等，这都会引发异常。当然，即使这带有诸多限制，但我们只做日志添加，或者做一些其他改变方法行为的操作是没有什么问题的。
三、Arthas
实际上，不论是agent的使用，还是字节码的处理，当超脱了demo练习，真正运用到生产环境中的时候，一切都会变得相对复杂。我们通常都会考虑将其整合为一个工具，对外提供更加简洁、方便、人性化的操作入口。好在如今我们不用重复造轮子，阿里开源的Arthas就是这样一个工具。
关于Arthas，实际上是一个java诊断工具，它以命令行的方式对外提供服务，功能强大。具备监控JVM运行状态、定位应用的热点生成火焰图、修改重载字节码等等功能。现在我们以Arthas为工具，实现动态修改字节码内容。
3.1 构建demo程序
首先我们需要构建一个demo程序，该程序代码很简单，一个主类，一个Print类。
1) Print类包含一个print方法，输出"hello world."
2) 主类死循环睡眠一秒调用Print#print方法
Print.java:
public class Print {
public void print(){
System.out.println("hello world.");
}
}
Main.java:
public class Main {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Print print = new Print();
for (; ; ) {
print.print();
Thread.sleep(1000L);
}
}
}将上述代码打包成jar包运行，可以看到控制台会间隔1秒打印"hello world."：
3.2 安装Arthas
实际上就是一个jar包，直接下载即可(https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar)，linux/MACOS等下可使用curl下载：
curl -O https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar3.3 连接到指定JVM
启动我们的demo程序之后，再运行arthas-boot.jar（运行arthas-boot.jar的用户要和启动demo程序的用户保持一致）：
java -jar arthas-boot.jar在本机运行arthas-boot，会列出本机正在运行的Java进程，然后等待用户输入：
可以看到我们运行的demo是第二个，pid为4073。输入2，回车，就会连接到4073进程上，进入控制台：
输入help指令可以列出当前支持的指令列表和介绍：
使用jad指令反编译字节码：
Arthas支持很多指令，我们接下来只演示使用redefine指令动态修改字节码。
redefine -- 加载外部的
.class文件，redefine到JVM里
3.4 动态修改字节码
修改Print#print方法，输出修改为"hello world.modified"：
public class Print {
public Print() {
}
public void print() {
System.out.println("hello world.modified");
}
}然后使用新的Print.java重新编译，生成新的class（IDE或者命令行javac编译都可）。回到Arthas，使用redefine修改字节码，指令格式为：redefine [class]
提示redefine success表示redefine成功了，这时候回到demo控制台，发现输出已经变了：
关于Arthas，官网文档介绍非常详细，要了解更加深入的用法，请移步官方文档.
Arthas官网：https://arthas.aliyun.com/
github:https://github.com/alibaba/arthas