崩溃了!我说用attach进行问题定位,面试官问我原理

Arthas(阿尔萨斯)是一款开源的Java诊断和监控工具,可以在生产环境中进行实时的应用程序分析和故障排查。Arthas的实现原理主要基于Java Instrumentation API和Java Agent技术。

Java Agent 是 Java 编程语言提供的一种特殊机制,允许你在程序运行过程中对字节码进行转换和增强。它是通过 Java 的 Instrumentation API 来实现的,可以用于在应用程序加载类时进行监测、修改和增强。Java Agent 通常被用于实现性能监测、代码分析、方法耗时统计、字节码增强等功能。

Java Agent 的主要特点

  1. 动态性: Java Agent 允许你在程序运行时加载代理类,对类进行转换和增强,从而实现动态修改已编译类的功能。

  2. 无侵入性: 使用 Java Agent 不需要修改源代码,也不需要重新编译。这使得你可以在不改变程序结构的情况下,实现一些横切关注点的逻辑。

  3. 全局性: Java Agent 可以在整个 JVM 中生效,对加载的所有类都可以进行转换和增强。这使得你可以监测、分析和增强全局的应用行为。

Java Agent 的使用步骤

开发 Java Agent 的涉及的要点如下图所示:

崩溃了!我说用attach进行问题定位,面试官问我原理_第1张图片

image.png

要使用 Java Agent,通常需要遵循以下步骤:

  1. 创建代理类: 创建一个代理类,实现 java.lang.instrument.Instrumentation 接口的 premain 方法。

  2. 注册代理类: 在代理类的 premain 方法中注册代理类。这将使代理类在 JVM 启动时加载并执行。

  3. 定义转换规则: 在代理类中,你可以使用 Instrumentation API 来定义转换规则,即如何对类的字节码进行转换。

示例:方法计时器 Java Agent

以下是一个简单的 Java Agent 示例,实现对所有方法的计时统计:

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class MethodTimerAgent {

    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) {
        System.out.println("Agent premain called");
        instrumentation.addTransformer(new MethodTimerTransformer());
    }
}

增加创建一个 ClassFileTransformer 接口的实现类 MethodTimerTransformer

public class MethodTimerTransformer implements ClassFileTransformer {  
    private final static String prefix = "\nlong startTime = System.currentTimeMillis();\n";  
    private final static String postfix = "\nlong endTime = System.currentTimeMillis();\n";  

    // 被处理的方法列表  
    final static Map> methodMap = new HashMap>();  

    public MethodTimerTransformer() {  
        add("com.example.TimeTest.sayHello");  
    }  

    private void add(String methodString) {  
        String className = methodString.substring(0, methodString.lastIndexOf("."));  
        String methodName = methodString.substring(methodString.lastIndexOf(".") + 1);  
        List list = methodMap.get(className);  
        if (list == null) {  
            list = new ArrayList();  
            methodMap.put(className, list);  
        }  
        list.add(methodName);  
    }  

    @Override  
    public byte[] transform(  
            ClassLoader loader,  
            String className,  
            Class classBeingRedefined,  
            ProtectionDomain protectionDomain,  
            byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {  

        if (className.startsWith("com/example/")) {  
            className = className.replace("/", ".");  
            System.out.println("Transforming class: " + className);  

            // 在方法前后添加计时逻辑  
            CtClass ctclass = null;  

            try {  
                ctclass = ClassPool.getDefault().get(className);// 使用全称,用于取得字节码类<使用javassist>  
                System.out.println(ctclass.getName());  
                for (String methodName : methodMap.get(className)) {  
                    System.out.println(methodName);  
                    String outputStr = "\nSystem.out.println(\"this method " + methodName  
                    + " cost:\" +(endTime - startTime) +\"ms.\");";  

                    CtMethod ctmethod = ctclass.getDeclaredMethod(methodName);// 得到这方法实例  
                    String newMethodName = methodName + "$old";// 新定义一个方法叫做比如sayHello$old  
                    ctmethod.setName(newMethodName);// 将原来的方法名字修改  

                    // 创建新的方法,复制原来的方法,名字为原来的名字  
                    CtMethod newMethod = CtNewMethod.copy(ctmethod, methodName, ctclass, null);  

                    // 构建新的方法体  
                    StringBuilder bodyStr = new StringBuilder();  
                    bodyStr.append("{");  
                    bodyStr.append(prefix);  
                    bodyStr.append(newMethodName + "($$);\n");// 调用原有代码,类似于method();($$)表示所有的参数  
                    bodyStr.append(postfix);  
                    bodyStr.append(outputStr);  
                    bodyStr.append("}");  

                    newMethod.setBody(bodyStr.toString());// 替换新方法  
                    ctclass.addMethod(newMethod);// 增加新方法  
                }  
                return ctclass.toBytecode();  
            } catch (Exception e) {  
                System.out.println(e.getMessage());  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  

        return classfileBuffer;  
    }  
}

在上述示例中,MethodTimerAgent 是 Java Agent 的代理类,通过 premain 方法注册了 MethodTimerTransformer 类。MethodTimerTransformer 是转换器类,实现了 ClassFileTransformer 接口,允许你在 transform 方法中修改目标类的字节码。

这里的对字节码的修改用到了javassistjavassist介绍可以参考字节码增强技术-Javassist

想要其他项目使用,我们还需完成以下几步:

创建文件resources/META-INF/MANIFEST.MF,内容如下:

Manifest-Version: 1.0  
Can-Redefine-Classes: true  
Can-Retransform-Classes: true  
Premain-Class: com.example.MethodTimerAgent  
Boot-Class-Path: javassist-3.28.0-GA.jar

pom文件增加下面配置

  
      
          
            org.apache.maven.plugins  
            maven-jar-plugin  
            2.4  
              
                  
                  
                ${maven.configuration.manifestFile}  
                  
              
          
      

使用 Java Agent

我们新建一个项目,增加一个测试类:

public class TimeTest {  
    public static void main(String[] args) {  
        sayHello();  
    }  

    public static void sayHello() {  
        try {  
            Thread.sleep(2000);  
            System.out.println("hello world!!");  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
}

要使用 Java Agent,你需要将代理类打包成 JAR 文件,并在启动 JVM 时使用 -javaagent 参数指定该 JAR 文件的路径。例如:

java -javaagent:path/to/agent.jar -jar your-application.jar

我们这里直接在idea上测试:

增加VM Options参数

崩溃了!我说用attach进行问题定位,面试官问我原理_第2张图片


由于我们使用到了javassist,需要javassist的jar与java-agent的jar放在一起

崩溃了!我说用attach进行问题定位,面试官问我原理_第3张图片

最后我们运行我们的测试类TimeTest,结果如下:

崩溃了!我说用attach进行问题定位,面试官问我原理_第4张图片

 

可以看到方法执行耗时被打印出来了。

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