初探Java agent技术
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2021-07-03 15:10
前言
不知道各位小伙伴在此之前,是否有听过或者了解过agent
相关技术,没有听说过也没有关系,我们今天的目的就是介绍agent
的相关技术,探讨agent
的应用场景,分享一些实际开发中的应用案例。
印象中,我第一次了解agent
技术,是在分享skywalking
这款工具的时候,skywalking
与我们项目的绑定就是通过agent
来实现的。好了,先说这么多,接下来我们就来详细介绍下agent
的一些技术点。
Agent
Agent是什么
Agent
中文含义代理,但是在java
中我更喜欢称它为探针而非代理,尽管他也属于代理技术,但是代理本身并不能体现agent
的作用。
agent
技术是在JDK1.5
引入的,通过agent
技术,我们可以构建一个独立于应用程序的代理程序,用来协助监测、运行甚至替换其他JVM
上的程序。使用它可以实现虚拟机级别的AOP
功能。
Agent
分为两种,一种是在主程序之前运行的Agent
,一种是在主程序之后运行的Agent
(前者的升级版,1.6
以后提供),稍后我们会有具体实例展示。
Agent能干什么
首先它最大的作用就是解耦,比如skywalking
中的应用,我们不需要对我们的程序做任何修改,只需要通过agent
技术引入skywalking
的代理包即可;其次最常应用的场景就是jvm
级的AOP
,比如jvm
的监测;另一种就是类似热部署这样的字节码动态操作。
Agent技术演示
说了这么多好多小伙伴肯定看的云里雾里的,接下来我们通过两个简单示例,来演示下Agent
技术的神奇之处。
先看第一种,也就是在主程序之前运行的Agent
。
在主程序之前运行的Agent
首先我们创建一个maven
项目,编写这样一个Agent
类:
import java.lang.instrument.Instrumentation;
/**
* 在主程序之前运行的Agent
*/
public class PremainAgent {
public static void premain(String preArgs, Instrumentation instrumentation) {
System.out.println("premainAgent.premain start");
System.out.println("preArgs: " + preArgs);
Class[] allLoadedClasses = instrumentation.getAllLoadedClasses();
for (Class allLoadedClass : allLoadedClasses) {
System.out.println("premainAgent LoadedClass: " + allLoadedClass.getName());
}
}
}
这里的方法名和参数列表是固定的,根据方法名我们能看出这个方法应该是运行在main
方法之前的,等下测试下就知道了。
接着,我们在pom.xml
文件中增加如下内容:
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
<version>2.4</version>
<configuration>
<archive>
<manifest>
<addClasspath>true</addClasspath>
</manifest>
<manifestEntries>
<Premain-Class>io.github.syske.agent.PremainAgent</Premain-Class>
</manifestEntries>
</archive>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
上面这些内容是配置我们构建时生成的MANIFEST
文件,通常我们打的jar
包都有这个文件。最核心的配置就是Premain-Class
,这里配置的是我们探针的类名,如果没有这个配置,我们的premain
方法是不会被识别的。
然后我们通过maven
把我们当前项目打成一个jar
包,打完包之后的jar
文件如上图,打开MANIFEST.MF
文件,你会发现我们指定的Premain-Class
也被写入了,这时候我们的包就是打好了,下面就是运行测试了。
运行也很简单,只需要找到一个可运行的jar
包,比如一个springboot
项目的包,然后在jar
文件的启动命令中,增加如下配置即可:
--javaagent:你的agent文件完整路径/agent文件名.jar
# 例如我的:D:\workspace\learning\example-everyday\example-2021.07.02\target\example-2021.07.02-1.0-SNAPSHOT.jar
这里我用之前的一个springboot
项目演示:
java -javaagent:D:\workspace\learning\example-everyday\example-2021.07.02\target\example-2021.07.02-1.0-SNAPSHOT.jar -jar
大家注意,在javaagent
和agent
文件之间不能有空格,否则会报如下错误
如果你的配置和启动命令都没有问题,在启动控制台应该会显示如下信息:
我们可以看到premain
方法在我们springboot
项目启动前被执行了,但是preArgs
是null
,这是由于我们没有注入参数,所以显示为空,我们可以通过这样的方式为preArgs
注入参数:
java -javaagent:D:\workspace\learning\example-everyday\example-2021.07.02\target\example-2021.07.02-1.0-SNAPSHOT.jar=syske -jar .\springboot-learning-0.0.1-SNAPSHOT.jar
也就是在我们的agent
包后面直接=需要注入的参数值
就可以了,然后再次执行你会发现参数已经被注入了:
关于Instrumentation
这个参数,今天先不讲了,我们说的字节码操都是基于这个参数进行操作的。下面我们看下第二种Agent
在主程序之后运行的Agent
相比第一种agent
,第二种是在main
方法启动后运行agent
方法,而且这种方式应用最广泛,比如我们前面说的热部署,就是这种方式实现的,下来我们看下具体如何实现。
第一步,也是写Agent
实现类:
public class AgentMain {
public static void agentmain(String args, Instrumentation instrumentation) {
System.out.println("AgentMainTest.agentmain start");
System.out.println("args: " + args);
Class[] allLoadedClasses = instrumentation.getAllLoadedClasses();
// for (Class allLoadedClass : allLoadedClasses) {
System.out.println("AgentMainTest LoadedClass: " + allLoadedClasses[0].getName());
// }
}
}
和第一种agent
不一样的只有方法名,连参数都一模一样,这里为了方便查看,我只打印了一行数据。然后我们还需要修改下maven
的打包配置,需要把之前的Premain-Class
标签改成Agent-Class
,其他都一样:
然后再打包,但是这一次运行方式和第一次不一样,这里的agent
要通过代码来启动。
我们创建一个测试类,写一个main
方法,因为要用到tools
包下的类,所以要先引入tools
包:
测试类如下:
import com.sun.tools.attach.AgentInitializationException;
import com.sun.tools.attach.AgentLoadException;
import com.sun.tools.attach.AttachNotSupportedException;
import com.sun.tools.attach.VirtualMachine;
import com.sun.tools.attach.VirtualMachineDescriptor;
public class MainTest {
public static void main(String[] args) throws IOException, AttachNotSupportedException, AgentLoadException, AgentInitializationException {
List<VirtualMachineDescriptor> machineDescriptorList = VirtualMachine.list();
for (VirtualMachineDescriptor virtualMachineDescriptor : machineDescriptorList) {
if ("io.github.syske.agent.MainTest".equals(virtualMachineDescriptor.displayName())) {
String id = virtualMachineDescriptor.id();
VirtualMachine virtualMachine = VirtualMachine.attach(id);
virtualMachine.loadAgent("D:\\workspace\\learning\\example-everyday\\example-2021.07.02\\target\\example-2021.07.02-1.0-SNAPSHOT.jar",
"syske agentmain");
virtualMachine.detach();
}
}
System.out.println("MainTest start");
}
}
这里解释下,VirtualMachine.list()
是获取当前运行的所有jvm
虚拟机,运行结果如下:
其中的VirtualMachineDescriptor
包含如下信息:
我们需要从中拿出displayName
为io.github.syske.agent.MainTest
,也就是当前类的虚拟机描述信息,然后根据虚拟机id
拿到对应虚拟机,然后为该虚拟机加载Agent
包,同时我们还在加在Agent
包的同时,传入了syske agentmain
参数,这里的参数和我们第一种方式=
的方式类似,就相当于给args
赋值,然后断开虚拟机连接。
运行代码,结果如下:
根据运行结果,我们发现这种Agent
并发是在main
方法之后执行,而是可以在你任意需要的地方调用。相比于第一种,确实要灵活一些。
总结
Agent
其实在日常开发中经常用到,但是由于我们大部分情况下都用的是集成开发环境,所以感知不强,像日志采集、热部署等基本上都是基于Agent
来实现的。
当然,agent
最大的好处在于,它可以有效解耦,实现jvm
层面的AOP
,而且它又支持字节码操作,如果你玩的够溜,你就可以实现更多强大功能,而且可玩性还高,简直可以为所欲为。
今天我们暂时就讲这么多,后面抽时间用agent
实现一些具体的功能,比如字节码操作,让大家真正见识Agent
的强大之处。