初识 Java-agent

2019/03/08

基本原理

Java Agent这个技术,对于大多数同学来说都比较陌生,像个黑盒子。但是多多少少又接触过,实际上,我们平时用的很多工具,都是基于Java Agent实现的,例如常见的热部署JRebel,各种线上诊断工具(btrace, greys),还有阿里最近开源的arthas。

其实Java Agent一点都不神秘,也是一个Jar包,只是启动方式和普通Jar包有所不同,对于普通的Jar包,通过指定类的main函数进行启动,但是Java Agent并不能单独启动,必须依附在一个Java应用程序运行,有点像寄生虫的感觉。

如何动手写一个Java Agent

因为Java Agent的特殊性,需要一些特殊的配置,在META-INF目录下创建MANIFEST文件.

并在MANIFEST文件中指定Agent的启动类

这里需要解释下为什么要指定 Agent-Class和 Premain-Class,在加载Java Agent之后,会找到 Agent-Class或者 Premain-Class指定的类,并运行对应的 agentmain或者 premain方法。

所以,我们需要在 agentmain或者 premain方法中实现具体的Agent逻辑,这里是你大显身手的地方,读取JVM的各种数据,修改类的字节码,只要你能想到的,一般都可以实现

如何加载 Java Agent

前面说了,一个JavaAgent既可以在程序运行前加载,也可以在程序运行后加载,两者有什么区别呢?

程序运行前加载

通过JVM参数 -javaagent:**.jar启动,程序启动的时候,会优先加载Java Agent,并执行其 premain方法,这个时候,其实大部分的类都还没有被加载,这个时候可以实现对新加载的类进行字节码修改,但是如果 premain方法执行失败或抛出异常,那么JVM会被中止,这是很致命的问题。

程序运行后加载

程序启动之后,通过某种特定的手段加载Java Agent,这个特定的手段就是 VirtualMachine的 attach api,这个api其实是JVM进程之间的的沟通桥梁,底层通过socket进行通信,JVM A可以发送一些指令给JVM B,B收到指令之后,可以执行对应的逻辑,比如在命令行中经常使用的jstack、jcmd、jps等,很多都是基于这种机制实现的。

因为是进程间通信,所以使用 attach api的也是一个独立的Java进程,下面是一个简单的实现。

首先,我们得知道目标进程的PID,这个可以通过jps指令方便得到,也可以通过 VirtualMachine的list方法拿到本机所有Java进程的PID。通过 attach连接上目标PID之后,可以获得表示目标进程的vm对象,执行 loadAgent方法,对应的Java Agent会被加载,然后会找到指定的入口类,并执行agentmain方法,如果执行出现普通异常(除了oom和其它致命异常),目标JVM并不会受到影响。

通过这种方式,可以实现动态的加载Java Agent,而不需要修改JVM启动参数。


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