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什么是Java Agent？

• Java

Java Agent是一种Java应用程序的附加组件，它可以通过Java虚拟机的自定义类加载器来加载并执行，从而在应用程序生命周期内提供额外的功能和服务。Java Agent常见的应用场景包括：性能监测、应用程序调试、代码覆盖率和行为分析、安全检测、依赖项注入等。本文将介绍Java Agent的完整使用攻略，并给出两个实际示例说明。

一、Java Agent的使用和开发环境

1.1 使用环境

Java Agent 一般用于在 jvm 启动的时候动态地修改 jvm 的行为，而不需要修改源码。所以 Java Agent 主要使用在以下环境：

  • Web 应用程序服务器
  • 单元测试框架中
  • 独立的 java 应用程序

1.2 开发环境

Java Agent的开发环境主要需要以下两个组件：

  • JDK：安装了jdk的开发环境
  • Maven：Java 项目管理工具

二、Java Agent的使用攻略

2.1 使用方式

使用Java Agent，Java程序至少需要在启动时添加以下JVM参数：

java -javaagent:/path/to/agent.jar -jar /path/to/application.jar

其中/path/to/agent.jar是Java Agent的JAR包路径，/path/to/application.jar是应用程序的JAR包路径。

在启动时添加的JVM参数-javaagent指定了Java Agent的JAR包的位置，它将被JVM的Instrumentation API加载并启动。Java Agent的JAR包中需要提供一个公共静态方法premain或agentmain来进行Agent启动和初始化。

2.2 代码示例

示例1：追踪方法调用链，输出相关信息

以下示例使用java.lang.instrument.Instrumentation接口提供的API，追踪方法调用链，并输出相关信息。

  1. 编写Java Agent的代码

在agent.jar中创建一个类TracingAgent，实现java.lang.instrument.ClassFileTransformer接口，实现单个方法transform，代码如下：

package com.example;

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.security.ProtectionDomain;
import java.util.logging.Logger;

/**
 * 追踪方法调用链，并输出相关信息
 */
public class TracingAgent implements ClassFileTransformer {
    private static Logger logger = Logger.getLogger(TracingAgent.class.getName());

    /**
     * 该方法会在类加载时触发，执行字节码转换
     *
     * @param loader              目标类的加载器，一般为系统类加载器
     * @param className           目标类名称
     * @param classBeingRedefined 被重定义的类
     * @param protectionDomain    受保护的域
     * @param classfileBuffer     目标类的字节码
     * @return 转换后的字节码
     */
    @Override
    public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined,
                            ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) {
        logger.info("Transforming class: " + className);

        // 可以在这里插入自定义的字节码转换操作

        return classfileBuffer;
    }
}
  1. 在premain方法中注册TracingAgent
package com.example;

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class AgentMain {
    /**
     * Java Agent的入口方法，用于完成Agent的初始化
     *
     * @param agentArgs         代理参数
     * @param instrumentation   Instrumentation 实例，提供字节码转换、动态类定义等 API
     */
    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) {
        // 在premain方法中进行Agent的初始化操作
        System.out.println("AgentMain.premain called");

        // 注册TracingAgent
        TracingAgent agent = new TracingAgent();
        instrumentation.addTransformer(agent);
    }
}
  1. 在构建脚本中加入agent.jar的打包

在Maven的pom.xml文件中加入以下dependencies和plugins，用于依赖AspectJ和打包agent.jar：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.aspectj</groupId>
        <artifactId>aspectjweaver</artifactId>
        <version>1.9.7</version>
    </dependency>
</dependencies>

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.codehaus.mojo</groupId>
            <artifactId>aspectj-maven-plugin</artifactId>
            <version>1.11</version>
            <configuration>
                <showWeaveInfo>true</showWeaveInfo>
                <complianceLevel>1.8</complianceLevel>
                <source>1.8</source>
                <target>1.8</target>
                <verbose>true</verbose>
                <Xlint>ignore</Xlint>
                <!-- Maven plugin 和 AspectJ weaver 共用的配置项，指定要编织的目标类 -->
                <weaveDirectories>
                    <weaveDirectory>${project.build.outputDirectory}</weaveDirectory>
                </weaveDirectories>
                <aspectLibraries>
                    <aspectLibrary>
                        <groupId>com.example</groupId>
                        <artifactId>agent</artifactId>
                    </aspectLibrary>
                </aspectLibraries>
            </configuration>
            <executions>
                <execution>
                    <!-- phase 设置为 pre-integration-test，确保在测试之前运行 Agent -->
                    <phase>pre-integration-test</phase>
                    <goals>
                        <goal>compile</goal>
                        <goal>test-compile</goal>
                    </goals>
                </execution>
            </executions>
        </plugin>
    </plugins>
</build>
  1. 打包agent.jar并启动应用程序

在控制台上使用以下命令打包agent.jar

mvn package

然后运行Java应用程序，并在启动时添加以下JVM参数：

java -javaagent:/path/to/agent.jar -cp /path/to/application.jar com.example.App

其中com.example.App为应用程序的入口类。

示例2：给Bean对象添加自定义注解

以下示例通过Java Agent为Bean对象添加自定义注解。

  1. 编写Java Agent的代码

在agent.jar中创建一个类AnnotationAgent，实现java.lang.instrument.ClassFileTransformer接口，实现单个方法transform，代码如下：

package com.example;

import javassist.*;

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.security.ProtectionDomain;

/**
 * 该 Agent 会在类文件加载时进行处理，为其中含有特定注解的类添加新的注解
 */
public class AnnotationAgent implements ClassFileTransformer {
    private static final String ANNOTATION = "com.example.AddAnnotation";

    /**
     * 该方法会在类加载时触发，执行字节码转换
     *
     * @param loader              目标类的加载器，一般为系统类加载器
     * @param className           目标类名称
     * @param classBeingRedefined 被重定义的类
     * @param protectionDomain    受保护的域
     * @param classfileBuffer     目标类的字节码
     * @return 转换后的字节码
     */
    @Override
    public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined,
                            ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
        byte[] byteCode = classfileBuffer;

        ClassPool classPool = ClassPool.getDefault();
        // 从目标类加载器加载目标类
        classPool.insertClassPath(new LoaderClassPath(loader));
        CtClass ctClass = null;
        try {
            ctClass = classPool.get(className.replace("/", "."));
            // 扫描类中的方法，为含有特定注解的方法添加新的注解
            CtMethod[] methods = ctClass.getDeclaredMethods();
            for (CtMethod method : methods) {
                if (method.getAnnotation(ANNOTATION) != null) {
                    addAnnotation(method);
                    System.out.println("AddAnnotation added to method: " + method.getName());
                }
            }

            byteCode = ctClass.toBytecode();
        } catch (NotFoundException | CannotCompileException | NullPointerException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (ctClass != null) {
                ctClass.detach();
            }
        }
        return byteCode;
    }

    /**
     * 给方法添加自定义注解
     *
     * @param method 要添加注解的方法
     * @throws CannotCompileException
     */
    private void addAnnotation(CtMethod method) throws CannotCompileException {
        CtClass addAnnotation = null;
        try {
            addAnnotation = method.getDeclaringClass().getClassPool().get(ANNOTATION);
            ConstPool constpool = method.getMethodInfo().getConstPool();

            AnnotationsAttribute attr = new AnnotationsAttribute(constpool, AnnotationsAttribute.visibleTag);
            javassist.bytecode.annotation.Annotation jannot = new javassist.bytecode.annotation.Annotation(ANNOTATION, constpool);
            attr.addAnnotation(jannot);

            method.getMethodInfo().addAttribute(attr);
        } catch (NotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (addAnnotation != null) {
                addAnnotation.detach();
            }
        }
    }
}
  1. 在premain方法中注册AnnotationAgent
package com.example;

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class AgentMain {
    /**
     * Java Agent的入口方法，用于完成Agent的初始化
     *
     * @param agentArgs         代理参数
     * @param instrumentation   Instrumentation 实例，提供字节码转换、动态类定义等 API
     */
    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) {
        // 在premain方法中进行Agent的初始化操作
        System.out.println("AgentMain.premain called");

        // 注册AnnotationAgent
        AnnotationAgent agent = new AnnotationAgent();
        instrumentation.addTransformer(agent);
    }
}
  1. 定义自定义注解

在agent.jar中定义一个自定义注解 AddAnnotation 如下：

package com.example;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * 要添加到带有注释的方法的注释
 */
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.METHOD)
public @interface AddAnnotation {
}
  1. 在构建脚本中加入agent.jar的打包

在Maven的pom.xml文件中加入以下dependencies和plugins，用于依赖AspectJ和打包agent.jar：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.aspectj</groupId>
        <artifactId>aspectjweaver</artifactId>
        <version>1.9.7</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>javassist</groupId>
        <artifactId>javassist</artifactId>
        <version>3.26.0-GA</version>
    </dependency>
</dependencies>

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.codehaus.mojo</groupId>
            <artifactId>aspectj-maven-plugin</artifactId>
            <version>1.11</version>
            <configuration>
                <showWeaveInfo>true</showWeaveInfo>
                <complianceLevel>1.8</complianceLevel>
                <source>1.8</source>
                <target>1.8</target>
                <verbose>true</verbose>
                <Xlint>ignore</Xlint>
                <!-- Maven plugin 和 AspectJ weaver 共用的配置项，指定要编织的目标类 -->
                <weaveDirectories>
                    <weaveDirectory>${project.build.outputDirectory}</weaveDirectory>
                </weaveDirectories>
                <aspectLibraries>
                    <aspectLibrary>
                        <groupId>com.example</groupId>
                        <artifactId>agent</artifactId>
                    </aspectLibrary>
                </aspectLibraries>
            </configuration>
            <executions>
                <execution>
                    <!-- phase 设置为 pre-integration-test，确保在测试之前运行 Agent -->
                    <phase>pre-integration-test</phase>
                    <goals>
                        <goal>compile</goal>
                        <goal>test-compile</goal>
                    </goals>
                </execution>
            </executions>
        </plugin>
    </plugins>
</build>
  1. 打包agent.jar并启动应用程序

在控制台上使用以下命令打包agent.jar

mvn package

然后在应用程序的 jar 文件中随便添加一个带有 @AddAnnotation 注解的方法，例如：

package com.example;

public class Foo {
    // 添加注解，用来测试 AnnotationAgent 的效果
    @AddAnnotation
    public void doSomething() {
        // do something
    }
}

最后运行Java应用程序，并在启动时添加以下JVM参数：

java -javaagent:/path/to/agent.jar -cp /path/to/application.jar com.example.App

其中com.example.App为应用程序的入口类。

三、总结

本文介绍了Java Agent的完整使用攻略，包括Java Agent的使用和开发环境、使用方式、Java Agent实例、打包和启动方式等。Java Agent是一个非常有用的技术，可以大大拓展应用程序的功能和服务，并为开发人员提供更多的调试和分析工具。

本站文章如无特殊说明，均为本站原创，如若转载，请注明出处：什么是Java Agent？ - Python技术站

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