1. 前言
为什么会接触JavaAgent呢？
这起源于笔者最近在读Dubbo的源码，Dubbo有一个很有意思的功能——SPI，它可以根据运行时的URI参数，自适应的调用特定的实现类。大致的原理其实也能猜到，无非就是生成一个代理类，反射解析URI参数里的值，然后再调用对应的实现类。虽然大概可以猜到实现原理，但毕竟只是猜想，抱着科学严谨的精神，还是想看看Dubbo的实现源码，此时就有了一个想法，能不能把Dubbo生成的代理对象的Class类Dump下来，然后反编译看看它的源码呢？
理论上是完全可行的，阿里有一个很好用的开源工具Arthas，它的jad命令就支持对JVM已经加载的类进行反编译查看源码，笔者把Arthas项目源码down下来了，查看以后发现，需要用到JavaAgent技术。
2. JavaAgent规范
在JDK1.5以后，我们可以使用JavaAgent技术，以「零侵入」的方式对Java程序做增强。例如阿里云的Arms应用监控服务，就可以通过JavaAgent的方式接入一个探针，它会把应用的运行数据上报到阿里云，开发者可以在后台查看到应用的运行数据。这种方式，不需要我们对应用做任何改动，就可以轻松实现应用监控。
JavaAgent是一种规范，它分为两类：主程序运行前Agent、主程序运行后Agent。它可以在JVM加载Class文件前，对字节码做修改，甚至允许修改已经加载过的Class，这样我们就可以对应用做增强、以及实现代码热部署。
主程序运行前Agent的步骤：
1、编写Agent类，该类必须有静态方法premain()。
public class MyAgentClass {
// JVM优先执行该方法
public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
System.err.println("main before...");
}
public static void premain(String agentArgs) {
System.err.println("main before...");
}
}
2、在resources/META-INF目录下编写MANIFEST.MF文件，指定Premain-Class，然后将程序打成Jar包。
Manifest-Version: 1.0
Can-Redefine-Classes: true
Can-Retransform-Classes: true
Premain-Class: top.javap.agent.MyAgentClass
// 注意，这里必须空一行
使用Maven构建程序时，也可使用如下配置。
org.apache.maven.plugins
maven-jar-plugin
true
top.javap.agent.MyAgentClass
true
true
3、启动目标程序时，指定JVM参数，如下：
java -javaagent:agent-1.0-SNAPSHOT.jar JavaApp
主程序运行后Agent的步骤：
这种是针对已经运行的JVM进程，我们可以通过attach机制，启动一个新的JVM进程发送指令给它执行。
1、编写Agent类，该类必须有静态方法agentmain()。
public class MyAgentClass {
public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
System.err.println("main after...");
}
}
2、在resources/META-INF目录下编写MANIFEST.MF文件，指定Premain-Class，然后将程序打成Jar包。
Manifest-Version: 1.0
Can-Redefine-Classes: true
Can-Retransform-Classes: true
Agent-Class: top.javap.agent.MyAgentClass
// 注意，这里必须空一行
3、编写attach程序，启动并attach到目标JVM进程。
public static void main(String[] args) throws Exception {
VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach("8080");
vm.loadAgent("/dev/agent.jar");
}
3. 相关组件
3.1 Instrumentation
编写的AgentClass类必须有premain()方法，其中一个比较重要的参数就是Instrumentation。它是JavaAgent技术用到的主要API，接口定义如下：
public interface Instrumentation {
/**
* 添加Class文件转换器，底层采用数组存储
* JVM加载Class文件前，需要依次经过转换
* @param transformer
* @param canRetransform 是否允许转换
*/
void addTransformer(ClassFileTransformer transformer, boolean canRetransform);
void addTransformer(ClassFileTransformer transformer);
// 删除Class文件转换器
boolean removeTransformer(ClassFileTransformer transformer);
boolean isRetransformClassesSupported();
// 重新转换Class
void retransformClasses(Class... classes) throws UnmodifiableClassException;
boolean isRedefineClassesSupported();
// 重新定义Class，热更新
void redefineClasses(ClassDefinition... definitions)
throws ClassNotFoundException, UnmodifiableClassException;
boolean isModifiableClass(Class theClass);
@SuppressWarnings("rawtypes")
Class[] getAllLoadedClasses();
@SuppressWarnings("rawtypes")
Class[] getInitiatedClasses(ClassLoader loader);
// 获取对象大小
long getObjectSize(Object objectToSize);
void appendToBootstrapClassLoaderSearch(JarFile jarfile);
void appendToSystemClassLoaderSearch(JarFile jarfile);
boolean isNativeMethodPrefixSupported();
void setNativeMethodPrefix(ClassFileTransformer transformer, String prefix);
}
重要的方法笔者已经写上注释了，本文会用到的方法主要是addTransformer()。它可以用来添加Class转换器，JVM在加载Class前，会先经过这些转换器进行加工。
3.2 ClassFileTransformer
Class文件转换器，JVM加载某个Class前，会先经过它转换，我们可以在这里去修改字节码以达到功能增强的目的。它只有一个方法transform()：
public interface ClassFileTransformer{
/**
* 转换Class
* @param loader 类加载器
* @param className 类名
* @param classBeingRedefined 原始Class
* @param ProtectionDomain
* @param classfileBuffer Class文件字节数组
*/
byte[] transform( ClassLoader loader,
String className,
Class classBeingRedefined,
ProtectionDomain protectionDomain,
byte[] classfileBuffer)
throws IllegalClassFormatException;
}
本文主要用到的就是classfileBuffer，有了Class的字节数组，只要把它导出到磁盘，通过IDEA反编译就能看到源码了。
4. 实战
【需求】
支持将任意Java对象的Class文件导出到磁盘，通过反编译查看源码，包括动态生成的类。
【实现】
1、编写InstrumentationHolder，持有Instrumentation实例，后续操作全靠它。
public class InstrumentationHolder {
private static Instrumentation INSTANCE;
public static void init(Instrumentation ins) {
INSTANCE = ins;
}
public static Instrumentation get() {
if (INSTANCE == null) {
throw new RuntimeException("检查 -javaagent 配置");
}
return INSTANCE;
}
}
2、编写MyAgentClass，保存Instrumentation实例。
public class MyAgentClass {
public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
System.err.println("main before...");
InstrumentationHolder.init(inst);
}
}
3、编写ClassDumpTransformer，获取Class文件字节数组，导出到磁盘。
public class ClassDumpTransformer implements ClassFileTransformer {
private final File file;
private final Set> classes = new HashSet<>();
public ClassDumpTransformer(String path, Class... classes) {
this.file = new File(path);
this.classes.addAll(Arrays.asList(classes));
}
@Override
public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
if (classes.contains(classBeingRedefined)) {
FileUtil.writeBytes(classfileBuffer, file);
}
return null;
}
}
4、编写ClassUtil工具类，支持导出Class文件。
public class ClassUtil {
public static void classDump(Class c, String path) {
ClassDumpTransformer transformer = new ClassDumpTransformer(path, c);
Instrumentation inst = InstrumentationHolder.get();
inst.addTransformer(transformer, true);
try {
inst.retransformClasses(c);
} catch (UnmodifiableClassException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
inst.removeTransformer(transformer);
}
}
}
5、编写MANIFEST.MF文件，构建Jar包。
Manifest-Version: 1.0
Can-Redefine-Classes: true
Can-Retransform-Classes: true
Premain-Class: top.javap.agent.MyAgentClass
6、编写测试类，利用JDK动态代理生成代理类，然后将代理类的Class文件导出。
public class AgentDemo {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Object instance = Proxy.newProxyInstance(A.class.getClassLoader(), new Class[]{A.class}, new InvocationHandler() {
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
return null;
}
});
ClassUtil.classDump(instance.getClass(),
"/target/X.class");
}
public static interface A {
void a();
}
}
7、设置-javaagent参数并启动程序。
java -javaagent:agent.jar AgentDemo
此时，target目录下就会生成X.class文件，通过IDEA打开即可看到JDK生成的代理类源码。
5. 总结
JavaAgent十分强大，通过它可以在JVM加载Class文件前修改字节码，甚至修改JVM已经加载的Class。基于此，我们可以「零侵入」的对应用程序做增强，服务实现热部署等等。
本文通过一个小示例，编写ClassFileTransformer实现类导出对象的Class文件，反编译查看其源码。这对于ASM操作字节码、JDK动态代理等动态生成类的场景下，而我们又想看对象的具体实现时，提供了帮助。