33 | Java Agent与字节码注入

郑雨迪

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

关于 Java agent，大家可能都听过大名鼎鼎的premain方法。顾名思义，这个方法指的就是在main方法之前执行的方法。
package org.example;
public class MyAgent {
  public static void premain(String args) {
    System.out.println("premain");
  }
}
我在上面这段代码中定义了一个premain方法。这里需要注意的是，Java 虚拟机所能识别的premain方法接收的是字符串类型的参数，而并非类似于main方法的字符串数组。
为了能够以 Java agent 的方式运行该premain方法，我们需要将其打包成 jar 包，并在其中的 MANIFEST.MF 配置文件中，指定所谓的Premain-class。具体的命令如下所示：
# 注意第一条命令会向manifest.txt文件写入两行数据，其中包括一行空行
$ echo 'Premain-Class: org.example.MyAgent
' > manifest.txt
$ jar cvmf manifest.txt myagent.jar org/
$ java -javaagent:myagent.jar HelloWorld
premain
Hello, World
除了在命令行中指定 Java agent 之外，我们还可以通过 Attach API 远程加载。具体用法如下面的代码所示：
import java.io.IOException;
import com.sun.tools.attach.*;
public class AttachTest {
  public static void main(String[] args)
      throws AttachNotSupportedException, IOException, AgentLoadException, AgentInitializationException {
    if (args.length <= 1) {
      System.out.println("Usage: java AttachTest <PID> /PATH/TO/AGENT.jar");
      return;
    }
    VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach(args[0]);
    vm.loadAgent(args[1]);
  }
}
使用 Attach API 远程加载的 Java agent 不会再先于main方法执行，这取决于另一虚拟机调用 Attach API 的时机。并且，它运行的也不再是premain方法，而是名为agentmain的方法。
public class MyAgent { 
  public static void agentmain(String args) {
    System.out.println("agentmain");
  }
}
相应的，我们需要更新 jar 包中的 manifest 文件，使其包含Agent-Class的配置，例如Agent-Class: org.example.MyAgent。

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本文介绍了Java Agent与字节码注入的高级技术手段。首先介绍了Java agent的基本概念和使用方法，包括premain方法和Attach API远程加载的方式。然后详细介绍了Java agent的instrumentation机制，通过该机制可以拦截类加载事件并修改类的字节码，实现字节码注入。通过示例代码演示了如何使用ASM框架进行字节码注入，以及如何使用redefine和retransform功能对已加载的类进行修改。文章还提到了Java agent的功能是通过JVMTI agent实现的，通过注册钩子方法来实现对Java虚拟机事件的拦截和处理。另外，还介绍了基于字节码注入的profiler和面向方面编程（AOP）的相关概念。最后，提到了基于字节码注入的profiler所收集到的数据并不能反映程序的真实运行状态，而是程序在被注入的情况下的执行状态。整篇文章内容涵盖了Java agent的基本概念、使用方法和高级功能，对于想要深入了解Java agent和字节码注入的读者来说，是一篇非常有价值的文章。

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蚂蚁内推+v
用attach的方式注入字节码的时候遇到了99线升高的性能问题，看一些资料说 class redefinition 的时候会阻塞线程。请问能详细讲下吗？
作者回复: 你是在做redefine时出问题，还是没触发时便已出问题？ class redefinition需要爬每个线程的Java栈，检查有没有用到被redefine的类的方法，因此会stop-the-world。另外，redefine后，JIT’ed代码会被抛弃，重新解释执行
2018-11-19

12
Scott
我看到了jvmti可以回调异常事件，但是java.lang.instrument包下没有处理这个事件的，只能在load时回调，处理异常究竟是怎么做的？
作者回复: Instrumentation包并没有所有JVMTI功能
2018-10-06

4
Scott
出方法时需要注入的字节码除了返回，还有几种情况，如果没有catch块，就拦截throw，如果有，但是catch块里面可能有很多层，只是遍历inst应该是不可以的
作者回复: 其实不用管有没有catch块，有没有throw，直接给所有代码罩一个catch any的异常处理就行了
2018-10-06

4
钱
阅过留痕 1：Java agent 是啥玩意？这个概念老师没有详细讲解，我的理解是Java语言的一个特性，这个特性能够实现Java字节码的注入 2：Java字节码的注入有什么用处呢？在平时编程几乎没有使用到这方面的功能，应该是在一些框架的设计的时候才使用吧！比如：专栏中提到的面相切面编程。 3：Java agent 本质上是通过 c agent 来实现的，那 c agent 本质上是怎么实现的呢？ C agent是一个事件驱动的工具实现接口，通常我们会在 C agent 加载后的入口方案 Agent_OnLoad处注册各个事件的钩子方法。当Java虚拟机触发了这些事件时，便会调用对应的钩子方法 4：留个话头写代码实现某些功能，我的理解有三个时间段第一个：源码阶段，最常用的，也是编程的主要活动时间第二个：字节码阶段，有些功能可能会在加载字节码时修改或者添加某些字节码，某些框架做的事情第三个：运行阶段，某些工具，在程序运行时修改代码，实现运行时功能分支的控制
2018-10-13
1
28
feng
第一个实验做的不严谨，第一，木有定义HelloWord类，第二，没有执行编译操作，不知道是有意为之，还是不小心把步骤漏掉了
2018-10-07
1
10
the geek
大概说一下我自己的理解(望老师指正): 1. Agent就是一个调用JVMTI函数的一个程序。 2. JVMTI能够提供的函数能够获得JVM的运行信息，还可以修改JVM的运行态。 3. JVMTI能够修改JVM运行态是因为JVM已经在运行流程中埋下了钩子函数，JVMTI中的函数可以传递具体逻辑给钩子函数。 4. JVMTI函数是C语言实现的JNI方法。 5. 通过Instrumentation我们可以用Java语言调用大部分JVMTI函数。 6. JVM在启动时会加载Agent 入口函数Agent_OnLoad,我们可以在此函数中注册Agent。 7. JVM在运行中可以通过Agent_OnAttach函数来加载Agent,我们可以在此函数中注册Agent。 8. B虚拟机调用attach方法attach到A虚拟机后，可以将Agent程序作为参数调用A虚拟机的Agent_OnAttach函数。 9. premain方法中的程序逻辑会被注册到Agent_OnLoad函数中。 10. agentmain方法中的程序逻辑会被注册到Agent_OnAttach函数中。 11. 在premain或agentmain方法中的拿到的Instrumentation引用，可以理解成拿到了JVMTI的引用(大部分函数)。以上全是个人抽象理解，不是具体实现。
2020-02-12

6
随心而至
把老师给的程序都跑了一篇，发现想要彻底搞懂，还需要多学习，C/C++的知识不能丢了，因为HotSpot JVM 的源码基本上都是用它来实现的。不过跑了一下代码，最起码可以表面上搞懂了像Lombok，AOP这些都是如何实现的。
2019-11-01

3
饭粒
profiler 示例，文中省略了 HelloWorld.java 和编译提及下更好。 # cat HelloWorld.java public class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello World!"); HelloWorld w = new HelloWorld(); } } # java -javaagent:myagent.jar -cp $CLASS_PATH:./asm-7.0-beta.jar:./asm-tree-7.0-beta.jar HelloWorld Hello World! HelloWorld: 1
2019-12-28

1
一缕阳光
实习的时候有幸做过一个利用Instrumentation实现自动打点和性能监控的项目。受益匪浅啊哈哈哈哈，不得不说里面坑还是挺多的
2019-07-07

1
奇奇
ASM7 GETSTATIC这些常量是哪里来的？
2019-04-29
1
1

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