技術問答集錦（13）Java Instrument原理

1 Java Instrument能作什麼？最大的做用？

1. 使開發者能夠構建一個獨立於應用程序的代理程序Agent，用來監控和協助運行在JVM上的程序，更重要的是可以替換和修改某些類的定義；

2. 最大的做用：能夠實現一種虛擬機級別支持的AOP實現方式；

2 在JDK 1.5 、1.6中，Java Instrument作了哪些變更支持？

1. JDK 1.5：支持靜態Instrument，就是在JVM啓動前靜態設置Instrument；

2. JDK 1.6：支持動態Instrument，就是在JVM啓動後動態設置Instrument；支持本地代碼Instrument；支持動態改變classpath；

3 Java Instrument的實現是基於JVM哪一種機制？JVMTI是什麼，能夠作什麼？

1. 基於JVMTI代理程序；
2. JVMTI：一套代理程序機制，爲JVM相關工具提供的本地編程接口集合；
3. JVMTI能夠支持第三方工具程序以代理的方式鏈接和訪問JVM，並利用JVMTI提供的豐富的編程接口，完成不少跟JVM相關的功能；

4 Instrument premain、agentmain方法執行時機？

1. premain執行時機：在JVM啓動時，初始化函數eventHandlerVMinit會調用sun.instrument.instrumentationImpl類的loadClassAndCallPremain方法去執行Premain-Class指定類的premain方法；
2. agentmain執行時機：在JVM啓動後，經過VirtualMachine附着一個Instrument，如：vm.loadAgent(jar)，會調用sun.instrument.instrumentationImpl類的loadClassAndCallAgentmain方法去執行Agentmain-Class指定類的agentmain方法；

5 Instrument premain、agentmain方法中兩個參數agentArgs、inst表明什麼？分別會有什麼做用？

1. agentArgs：代理程序命令行中輸入參數，隨同「-javaagent」一塊兒傳入，與main函數不一樣的是，這個參數是一個字符串而不是一個字符串數組；
2. inst：java.lang.instrument.Instrumentation實例，由JVM自動傳入，集中了幾乎全部功能方法，如：類操做、classpath操做等；

6 java.lang.instrument.ClassFileTransformer是什麼，有什麼做用？

1. ClassFileTransformer當中的transform方法能夠對類定義進行操做修改；
2. 在類字節碼載入JVM前，JVM會調用ClassFileTransformer.transform方法，從而實現對類定義進行操做修改，實現AOP功能；相對於JDK 動態代理、CGLIB等AOP實現技術，不會生成新類，也不須要原類有接口；

7 對於agentmain方法執行，如何進行動態attach agent？

經過VirtualMachine附着一個Instrument，如：vm.loadAgent(jar)；

8 META-INF/MAINFEST.MF參數清單？

1. Premain-Class：指定包含premain方法的類名；
2. Agent-Class：指定包含agentmain方法的類名；
3. Boot-Class-Path：指定引導類加載器搜索的路徑列表。查找類的特色於平臺的機制失敗後，引導類加載器會搜索這些路徑；
4. Can-Redefine-Class：是否能從新定義此代理所需的類，默認爲false；
5. Can-Retransform-Class：是否能從新轉換此代理所需的類，默認爲false；
6. Can-Set-Native-Method-Prefix：是否能設置此代理所需的本機方法前綴，默認值爲false；

9 兩個核心API ClassFileTransformer、Instrumention？

1. ClassFileTransformer：定義了類加載前的預處理類；
2. Instrumentation：加強器

（1）add/removeTransformer：添加/刪除ClasFileTransformer；

（2）retransformerClasses：指定哪些類，在已加載的狀況下，從新進行轉換處理，即觸發從新加載類定義；對於從新加載的類不能修改舊有的類聲明，好比：不能增長屬性、不能修改方法聲明等；

（3）redefineClasses：指定哪些類，觸發從新加載類定義，與上面不一樣的是不會從新進行轉換處理，而是把處理結果bytecode直接給JVM；

（4）getAllLoadedClasses：獲取當前已加載的Class集合；

（5）getInitiatedClasses：獲取由某個特定ClassLoader加載的類定義；

（6）getObjectSize：得到一個對象佔用的空間大小；

（7）appendToBootstrapClassLoaderSearch/appentToSystemClassLoaderSearch：增長BootstrapClassLoader/SystemClassLoader搜索路徑；

（8）isNativeMethodPrefixSupported/SetNativeMethodPrefix：判斷JVM是否支持攔截Native Method；

10 Java Instrument工做原理？

1. 在JVM啓動時，經過JVM參數-javaagent，傳入agent jar，Instrument Agent被加載；
2. 在Instrument Agent 初始化時，註冊了JVMTI初始化函數eventHandlerVMinit；
3. 在JVM啓動時，會調用初始化函數eventHandlerVMinit，啓動了Instrument Agent，用sun.instrument.instrumentationImpl類裏的方法loadClassAndCallPremain方法去初始化Premain-Class指定類的premain方法；
4. 初始化函數eventHandlerVMinit，註冊了class解析的ClassFileLoadHook函數；
5. 在解析Class以前，JVM調用JVMTI的ClassFileLoadHook函數，鉤子函數調用sun.instrument.instrumentationImpl類裏的transform方法，經過TransformerManager的transformer方法最終調用咱們自定義的Transformer類的transform方法；
6. 由於字節碼在解析Class以前改的，直接使用修改後的字節碼的數據流替代，最後進入Class解析，對整個Class解析無影響；
7. 從新加載Class依然從新走5-6步驟；