Java Agent技术

[睿驰]

【转载】美团技术团队 - Java 动态调试技术原理及实践：https://tech.meituan.com/2019/11/07/java-dynamic-debugging-technology.html

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二、Java Agent技术

JVMTI （JVM Tool Interface）是Java虚拟机对外提供的Native编程接口，通过JVMTI，外部进程可以获取到运行时JVM的诸多信息，比如线程、GC等。Agent是一个运行在目标JVM的特定程序，它的职责是负责从目标JVM中获取数据，然后将数据传递给外部进程。加载Agent的时机可以是目标JVM启动之时，也可以是在目标JVM运行时进行加载，而在目标JVM运行时进行Agent加载具备动态性，对于时机未知的Debug场景来说非常实用。下面将详细分析Java Agent技术的实现细节。

2.1 Agent的实现模式

JVMTI是一套Native接口，在Java SE 5之前，要实现一个Agent只能通过编写Native代码来实现。从Java SE 5开始，可以使用Java的Instrumentation接口（java.lang.instrument）来编写Agent。无论是通过Native的方式还是通过Java Instrumentation接口的方式来编写Agent，它们的工作都是借助JVMTI来进行完成，下面介绍通过Java Instrumentation接口编写Agent的方法。

2.1.1 通过Java Instrumentation API

实现Agent启动方法

Java Agent支持目标JVM启动时加载，也支持在目标JVM运行时加载，这两种不同的加载模式会使用不同的入口函数。
如果需要在目标JVM启动的同时加载Agent，那么可以选择实现下面的方法：

[1] public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst);
[2] public static void premain(String agentArgs);

上面的两个方法只需要实现一个即可，且[1]的优先级是高于[2]的，即如果上面的两个方法同时出现，则只会执行[1]方法

agentArgs 是跟随 javaagent:xx.jar=yyy 传入的 yyy 字符串，instrumentation 是一个 java.lang.instrument.Instrumentation 实例，由本地方法实例化并由 jvm 自动传入。此类是 JavaAgent 的核心类。

如果希望在目标JVM运行时加载Agent，则需要实现下面的方法：

[1] public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst);
[2] public static void agentmain(String agentArgs);

这两组方法的第一个参数AgentArgs是随同 javaagent:xx.jar=一起传入的程序参数，如果这个字符串代表了多个参数，就需要自己解析这些参数。inst是Instrumentation类型的对象，是JVM自动传入的，我们可以拿这个参数进行类增强等操作。

指定Main-Class

Agent需要打包成一个jar包，在ManiFest属性中指定“Premain-Class”或者“Agent-Class”：

Premain-Class: org.example.MyAgent
Agent-Class: org.example.MyAgent

挂载到目标JVM

将编写的Agent打成jar包后，就可以挂载到目标JVM上去了。如果选择在目标JVM启动时加载Agent，则可以使用 “-javaagent:[=]“，具体的使用方法可以使用“Java -Help”来查看。

如果想要在运行时挂载Agent到目标JVM，就需要做一些额外的开发了。
com.sun.tools.attach.VirtualMachine 这个类代表一个JVM抽象，可以通过这个类找到目标JVM，并且将Agent挂载到目标JVM上。下面是使用com.sun.tools.attach.VirtualMachine进行动态挂载Agent的一般实现：

    private void attachAgentToTargetJVM() throws Exception {
        List<VirtualMachineDescriptor> virtualMachineDescriptors = VirtualMachine.list();
        VirtualMachineDescriptor targetVM = null;
        for (VirtualMachineDescriptor descriptor : virtualMachineDescriptors) {
            if (descriptor.id().equals(configure.getPid())) {
                targetVM = descriptor;
                break;
            }
        }
        if (targetVM == null) {
            throw new IllegalArgumentException("could not find the target jvm by process id:" + configure.getPid());
        }
        VirtualMachine virtualMachine = null;
        try {
            virtualMachine = VirtualMachine.attach(targetVM);
            virtualMachine.loadAgent("{agent}", "{params}");
        } catch (Exception e) {
            if (virtualMachine != null) {
                virtualMachine.detach();
            }
        }
    }