AOP实践：java.lang.instrument的使用

背景

在 rcjp 项目中，需要调用 ASM API（用于字节码处理的开源库）对字节码进行处理，目标是实现对 Java 程序运行时各种对象的动态跟踪，并进一步分析各个对象之间的关系。在此之前，需要考虑如何获取程序运行的入口。

首先，我考虑到了自定义类加载器（详情见参考资料），即在程序的 main 入口处，首先加载自定义的类加载器，然后通过反射技术使用这个类加载器加载并调用测试程序。这个方法缺点是：每次都必须先找到测试程序的入口类，而对于有的封装成 jar 的程序集合，这一点相对比较难控制。

于是，有了这里介绍的方法：通过 java.lang.instrument 实现的 java agent 对象操作字节码，是一种 AOP 的方法。

程序中，除了 ASMAgent 以外的所有类都是调用 ASM API 实现对测试程序中各个对象的构造、方法调用、属性赋值等操作行为的记录（其中对 Collection 子类的处理着实费了一番心血= =，字节码操作很细节，容易出错）。

原理

JVMTI（Java Virtual Machine Tool Interface）是一套本地编程接口集合，它提供了一套『代理』机制，可以支持第三方工具程序以代理的方式连接和访问 JVM，并利用 JVMTI 提供的丰富的编程接口，完成很多跟 JVM 相关的功能。

java.lang.instrument 包的实现，也就是基于这种机制的：在 Instrumentation 的实现当中，存在一个 JVMTI 的代理程序，通过调用 JVMTI 当中 Java 类相关的函数来完成 Java 类的动态操作。

Instrumentation 的最大作用就是类定义的动态改变和操作。在 Java SE 5 及其后续版本当中，开发者可以在一个普通 Java 程序（带有 main 函数的 Java 类）运行时，通过 – javaagent 参数指定一个特定的 jar 文件（包含 Instrumentation 代理）来启动 Instrumentation 的代理程序。

步骤

1.编写 java 代理类

这个类中，premain 方法是关键，对比于一般的入口 main 一样，这里的 premain 是在 main 之前执行的。它会告诉 JVM 如何处理加载上来的 java 字节码。如下例：

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public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
                    Trace.BeginTrace(); // it's important for trace files  
            inst.addTransformer(new ASMAgent());
        }

值得注意的是，addTransformer 实现了对字节码处理的方法的回调。

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inst.addTransformer(new ASMAgent());

类 ASMAgent 包含着实现对 java 字节码处理的方法：transform()。它来自于 ClassFileTransformer 接口。为了方便，这里将对 ClassFileTransformer 接口的实现跟 ASMAgent 类放在了一起。其中 classfileBuffer 是类文件加载时的原始的字节码，retVal 则是经过处理后的字节码。

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public byte[] transform(ClassLoader loader, String className,Class<?> classBeingRedefined,
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            throws IllegalClassFormatException {
            byte[] retVal = null;

            if(isInstrumentable(className)){
                ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES);
                ASMClassAdapter mca = new ASMClassAdapter(cw);
                ClassReader cr = new ClassReader(classfileBuffer);
                cr.accept(mca, 0);
                retVal = cw.toByteArray();
            }else{
                    retVal = classfileBuffer ;
                }

            return retVal;
    }

2.打包代理类

只有合理打包并在 manifest 文件中记录下相应的键值对之后，才能正常执行 premain 的内容。 manifest 文件中需要添加的键值对是：

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Premain-Class : biaobiaoqi.asm.ASMAgent

如果对字节码的处理有应用到了其他的类，需要在 manifest 中增加路径。比如使用到了 asm-3.0.jar，则增加如下语句：

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Class-Path: asm-3.0.jar

3.执行

执行测试程序时，添加“-javaagent:代理类的 jar[=传入 premain 的参数]”选项。

比如，对于博主的程序，就是

java -javaagent:ASMInstrument.jar -jar XXXX.jar xxxx

其中 ASMInstrument.jar 是第二步中打包的程序， XXX.jar 是需要测试的程序， xxx 是 XXX.jar 执行时可能的命令行参数。

如果只是执行某.class 文件中的类，我们假设是在当前目录下的一个 XXXX 类，则是： java -javaagent:ASMInstrument.jar -cp ./ XXXX xxx

其中 xxx 是可能的命令行参数。

参考资料

 原文地址：http://biaobiaoqi.me/blog/2013/09/08/custom-premain-method/
 版权声明：自由转载-非商用-非衍生-保持署名| Creative Commons BY-NC-ND 3.0

posted on 2014-02-23 21:23  Java码界探秘  阅读(150)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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