故障测试 Byteman 上手实践

故障测试的主要任务就是模拟各种可能出现的问题，看看系统在这些问题面前会怎么反应。通过这些测试，我们能发现平时可能没暴露出来的问题，还能测试系统在遇到麻烦时的应对能力。例如，我们可以故意制造网络延迟、让服务中断，或者耗尽系统资源，看看系统能否正常运行并快速恢复。

如何进行更加高效的故障测试场景构造则需要专业的工具来实现，其中对于 Java 语言的故障注入，Byteman 是一个值得学习的优秀工具。

Byteman 简介

Byteman 是一个用于 Java 应用程序的动态故障注入工具，由 JBoss 开发，它可以在应用程序运行时修改字节码，从而注入各种故障和异常。Byteman 的核心功能是通过在运行时插入代码来模拟系统故障和测试应用程序的异常处理能力。这种方式使得开发人员可以在不修改原始代码的情况下进行测试，极大地提高了测试的灵活性和效率。

除了故障测试场景外，Byteman 还能够与主流的测试框架（如 JUnit 和 TestNG）集成，使得在自动化测试过程中注入故障变得更加便捷。它特别适用于在开发和测试阶段验证应用程序的容错能力和稳定性，帮助开发人员在系统上线前发现和解决潜在问题。

Byteman 主要功能

Byteman 功能非常强大，基于 asm9 开发，实现了对 Java 字节码的操作能力。Byteman 实现了更加强大而且丰富的字节码操作功能，以适应实际的故障注入（当然也有集成测试）场景，让用户使用起来更加简介和高效。

动态故障注入

Byteman 的动态故障注入功能允许开发人员在应用程序运行时，实时地将故障和异常注入到系统中。这种能力使得开发者可以模拟各种异常情况，比如网络延迟、服务宕机或资源耗尽，而无需修改应用程序的源代码。这种实时注入机制极大地提升了测试的灵活性，开发人员可以在生产环境或测试环境中快速验证系统的鲁棒性，确保应用程序在各种异常条件下的表现符合预期。

字节码修改

Byteman 可以在运行时直接修改 Java 应用程序的字节码，这意味着开发人员可以在不重新编译或修改源代码的情况下，注入自定义的故障逻辑。这种字节码修改能力使得 Byteman 能够精确地控制方法的行为、改变方法的返回值或在方法执行期间插入额外的代码。通过这种方式，开发人员能够深入测试应用程序的内部逻辑，模拟各种可能的故障情景，并观察系统如何响应这些情境。

规则定义

Byteman 使用一种专门的规则语言（DSL）来定义故障注入规则。开发人员可以编写规则文件（.btm 文件），详细描述何时、如何以及在哪里注入故障。规则语言允许定义复杂的注入逻辑，比如在特定条件下抛出异常、修改方法的返回值、或者在方法执行前后插入代码。这种灵活的规则定义能力使得 Byteman 能够满足各种故障测试需求，并帮助开发人员精确控制故障注入的时机和方式。

集成测试框架

Byteman 可以与主流的测试框架（如 JUnit 和 TestNG）无缝集成。这种集成能力使得在自动化测试过程中注入故障变得更加便捷和高效。通过在测试用例中动态注入故障，开发人员可以在单元测试或集成测试阶段验证应用程序的异常处理能力。集成测试框架的支持不仅简化了故障测试的过程，还帮助开发团队在开发早期发现和修复问题，从而提高软件的稳定性和可靠性。

Byteman 上手实践

网上搜索得来的教程中，大多数都是通过 JVM 参数的方式注入 jar 包和 btm 文件。由于本地使用起来比较麻烦而且不灵活，需要多次配置参数才行。幸好 Byteman 提供了更加灵活的方式，动态注入功能，其中主要通过两个 sh 脚本的方式实现的： bminstall.sh 和 bmsubmit.sh。后面很多的演示功能都是通过这两个脚本实现动态管理故障声明周期的，所以我们需要首先掌握这两个脚本的命令。下面我们先进入上手实践环节。

准备工作

在实操之前，我们需要做一些准备工作，以下是我整理的几项内容，描述简单，都可以通过搜索各类教程实现，大同小异。

下载 Byteman 工具，建议去官网下载。
配置环境变量，其中选择合适的文件夹存放解压的文件，然后设置 BYTEMAN_HOME 。
配置 JVM 参数，下面是我的配置，仅供参考：-javaagent://byteman-download-4.0.23/lib/byteman.jar=listener:true,boot://byteman-download-4.0.23/lib/byteman.jar 如果想增加 helper，请添加 boot://byteman-download-4.0.23/lib/byteman-helper.jar ，如果想覆盖环境变量，请添加 -Dorg.jboss.byteman.home=//byteman-download-4.0.23

编写测试程序和 btm 文件

首先我们先写一个简单的 Java 类和 main 方法：

package com.funtest.temp;  
  
public class BytemanDemo {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        while (true) {  
            try {  
                Thread.sleep(1000);  
            } catch (InterruptedException e) {  
                throw new RuntimeException(e);  
            }  
            print();  
        }  
    }  
  
    static void print() {  
        System.out.println("Hello Word from Byteman ,By FunTester !!!");  
    }  
}

功能简单，每秒钟打印一行日志。然后我们编写一个 btm 文件，建议小白直接拷贝官方代码仓库中的模板，修改关键字后面的参数值即可。下面是我的演示 btm 文件内容。

RULE Byteman Demo
CLASS com.funtest.temp.BytemanDemo
METHOD print
AT ENTRY
IF true
DO System.out.println("Byteman Print Hello World !!!");
ENDRULE

这个 Byteman 规则文件 (.btm 文件) 定义了一个简单的规则，能够在特定条件下插入代码。我们逐条来解释它的内容：

RULE Byteman Demo：含义：这定义了一条 Byteman 规则，并为该规则命名为 “Byteman Demo”。每个规则都会有一个唯一的名称，便于识别和管理。作用：Byteman 在运行时根据规则名称来执行相应的代码注入。这个规则的名字表示它是一个演示用途的规则。
CLASS com.funtest.temp.BytemanDemo：含义：指定了这条规则应用于哪个类，即 com.funtest.temp.BytemanDemo。作用：Byteman 会在 JVM 运行时，找到并监控该类中的方法，准备注入代码。在这个例子中，目标类是 com.funtest.temp.BytemanDemo。
METHOD print：含义：指定了规则应用到目标类的哪个方法上。这里的目标方法是 print 方法。作用：Byteman 会对 BytemanDemo 类的 print 方法进行拦截，并在该方法的特定位置插入代码。
AT ENTRY：含义：指定了代码注入的时机。AT ENTRY 表示在目标方法 print 开始执行时，即方法入口处，插入代码。作用：Byteman 在 print 方法被调用的第一时间，在其代码执行之前插入规则中的代码。
IF true：含义：条件判断语句。IF true 表示这个规则无条件生效，即只要这个方法被调用，就会执行后面的代码。作用：Byteman 支持根据条件进行代码注入，此处条件始终为 true，因此每次方法调用时都注入代码。
DO System.out.println("Byteman Print Hello World !!!");：含义：这是在满足条件时执行的动作。这里指定的是通过标准输出打印一行文本 "Byteman Print Hello World !!!".作用：当 print 方法被调用时，Byteman 会在方法执行之前输出这行文字到控制台。
ENDRULE：含义：表示这条规则的结束。作用：Byteman 知道从这里开始不再执行该规则的任何内容。

基本上所有的 btm 文件都遵循着这个模板的结构，开始标识符和名称、注入点、判断条件、执行方法、结束标识符。

注入故障

我们执行下列命令： bmsubmit.sh -l temp.btm ，会打印 install rule Byteman Demo。如果不符合预期或者报错，请检查环境设置和 btm 文件结构，或者根据报错信息检查对应位点。

然后我们就可以在程序运行的控制台看到下面的内容：

Hello Word from Byteman ,By FunTester !!!
Byteman Print Hello World !!!
Hello Word from Byteman ,By FunTester !!!
Byteman Print Hello World !!!
Hello Word from Byteman ,By FunTester !!!
Byteman Print Hello World !!!
Hello Word from Byteman ,By FunTester !!!

说明我们的代码已经成功被 Byteman 修改并且生效了。

解除故障

解除的方法执行下列命令：bmsubmit.sh -u temp.btm，如果我们想一键卸载所有已经加载的 btm 文件，可以去掉最后一个参数，使用 bmsubmit.sh -u 即可。

shell 脚本

下面是两个 shell 脚本的主要功能，使用方法，可以使用 -h 来查看。

bminstall.sh

bminstall.sh 是 Byteman 提供的一个脚本，用于简化 Byteman Java Agent 的安装和配置。它提供了一些方便的命令选项，能够将 Byteman Agent 注入到正在运行的 JVM 实例中，而无需修改原始的启动脚本或重新启动应用程序。

主要功能：

动态安装 Byteman Agent：允许在不停止 Java 应用程序的情况下，将 Byteman Agent 注入到指定的 JVM 实例中。通过这种方式，你可以在运行时为目标应用添加 Byteman 的故障注入能力。
自动检测 JVM： bminstall.sh 会自动扫描并列出当前运行的所有 JVM 实例。用户可以选择某个 JVM 实例，将 Byteman Agent 动态注入其中，而无需手动指定 PID（进程ID）。
指定 PID 安装：用户也可以通过指定 JVM 实例的 PID（进程 ID）来注入 Byteman Agent。这个功能对于特定应用的调试非常有用。
支持自定义 Java Agent 配置：通过 bminstall.sh，你可以传递额外的选项，例如 listener:true、boot:<jar-path> 等，来配置 Byteman 的行为，类似于手动通过 -javaagent 选项配置。

bmsubmit.sh

bmsubmit.sh 是 Byteman 提供的另一个脚本，主要用于向已经运行的 JVM 实例提交或撤销 Byteman 规则文件（.btm 文件）。它的核心功能是帮助用户在不停止应用程序的情况下，动态地加载、修改、或卸载故障注入规则。