Java Agent的作用是什么？

Java Agent是一种Java方式用于修改现有Java应用程序类的机制。Java Agent通过Java虚拟机（JVM）启动时运行的预定义类的帮助，可以动态注入代码到应用程序的ClassLoader中，从而以运行时方式改变应用程序的行为，例如：收集应用程序的性能数据、记录调试日志等。

以下是使用Java Agent的步骤：

步骤一：创建Java Agent

创建一个Maven项目，添加javaagent依赖：

<dependency>
   <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
   <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
   <version>3.2.0</version>
</dependency>

创建一个代理类，并实现premain方法：

public class Agent {
    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) {
        // 在这里编写代理类的逻辑代码
    }
}

导出可执行的Jar包:

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
            <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
            <version>3.2.0</version>
            <configuration>
                <archive>
                    <manifest>
                        <addClasspath>true</addClasspath>
                        <mainClass>Agent</mainClass>
                    </manifest>
                </archive>
            </configuration>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

打包可执行的Jar包

在命令行窗口中，使用以下命令进行打包：

$ mvn clean package

步骤二：使用Java Agent

使用Java Agent需要在应用程序启动时增加一个参数-javaagent:<agent-jar-path> [args]。其中，agent-jar-path表示Java Agent可执行Jar包的绝对路径，args为可选的代理程序参数。

例如，运行如下命令：

$ java -javaagent:agent.jar -jar app.jar

这将会在启动应用程序时加载Java Agent中的Agent类，并执行其中的premain方法。

示例1：性能数据收集

以下是一个简单的Java Agent，用于收集应用程序中所有方法的执行时间：

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class Agent {
    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) {
        instrumentation.addTransformer(new TimeTransformer());
    }
}

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

public class TimeTransformer implements ClassFileTransformer {
    @Override
    public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined,
                            ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
        if (className.startsWith("com/example/")) {
            return TimeWeaver.weave(className, classfileBuffer);
        }
        return classfileBuffer;
    }
}

import java.io.IOException;
import java.lang.instrument.ClassDefinition;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class TimeWeaver {
    private static Map<String, Long> methodTimeMap = new ConcurrentHashMap<>();

    public static byte[] weave(String className, byte[] classBytes) {
        ClassDefinition definition = new ClassDefinition(getClassFromBytes(classBytes),
                classBytes);
        Instrumentation instrumentation = Agent.getInstrumentation();
        try {
            instrumentation.redefineClasses(new ClassDefinition[]{definition});
        } catch (Throwable throwable) {
            timeMethod(className, classBytes);
        }
        return classBytes;
    }

    private static Class<?> getClassFromBytes(byte[] classBytes) {
        return new ByteClassLoader().defineClass(null, classBytes, 0, classBytes.length);
    }

    private static void timeMethod(String className, byte[] classBytes) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        getClassFromBytes(classBytes);
        long end = System.currentTimeMillis();
        long usedTime = end - start;

        methodTimeMap.put(className, usedTime);
        System.out.println(className + ": " + usedTime + "ms");
    }
}

import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Field;
import java.security.ProtectionDomain;

public class ByteClassLoader extends ClassLoader {
    public Class<?> defineClass(String name, byte[] b) {
        return defineClass(name, b, 0, b.length);
    }

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException();
    }
}

该代理类使用了Instrumentation.addTransformer方法，该方法添加了一个转换器TimeTransformer，用于拦截应用程序中所有的类。

TimeTransformer类中的transform方法是必须实现的方法，并用于返回字节数组，这个字节数组表示被修改后的字节码，应用程序就会以修改后的字节码运行。在这个转换器中，我们只修改包名为“com/example”的类。

TimeWeaver类是一个工具类，主要用于重新定义类。当redefineClasses方法失败时，timeMethod方法将被调用，通过计算字节码的加载时间，该方法会输出一个日志来记录每个类的加载时间。

示例2：方法调用轨迹记录

以下是一个Java Agent的示例代码，用于记录应用程序中每个方法的调用堆栈：

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class Agent {
    public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) {
        instrumentation.addTransformer(new StackTraceTransformer());
    }
}

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

public class StackTraceTransformer implements ClassFileTransformer {
    public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined,
                            ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classFileBuffer)
            throws IllegalClassFormatException {
        if (!className.startsWith("java") && !className.startsWith("sun")
                && !className.startsWith("javax") && !className.startsWith("com/sun")
                && !className.startsWith("com/oracle") && !className.startsWith("com/example")) {
            try {
                ClassPool cp = ClassPool.getDefault();
                CtClass cc = cp.get(classBeingRedefined.getName());
                CtMethod[] methods = cc.getDeclaredMethods();
                for (CtMethod method : methods) {
                    method.insertBefore("System.err.println(\"Method " + method.getName() + " called at: \" + new java.util.Date());" +
                            "Thread.dumpStack();");
                }
                classFileBuffer = cc.toBytecode();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return classFileBuffer;
    }
}

该代理类使用了 Instrumentation.addTransformer来注册一个 ClassFileTransformer。StackTraceTransformer 类实现了 ClassFileTransformer 接口, 中的一个方法transform，该方法将会被 Java 虚拟机调用，可以修改类的字节码。

在 transform 方法中，我们使用了 Javassist 库（一个 Java 字节码操作库），在每个方法的开头插入了两行代码，记录了方法的名称和调用栈。该示例仅记录名字不以 java，sun，javax，com/sun 和 com/oracle 开头的方法。

使用这个 Java Agent 去 change 项目中的字节码，然后生成一个文件，我们可以看到每个方法的调用栈：

Method m() called at: Tue Jan 18 17:54:56 UTC 2022
java.lang.Thread.dumpStack(Thread.java:1387)
com.example.demo.change.ChangeImpl.m(ChangeImpl.java:7)
com.example.demo.Main.main(Main.java:20)
Method i() called at: Tue Jan 18 17:54:56 UTC 2022
java.lang.Thread.dumpStack(Thread.java:1387)
com.example.demo.change.ChangeImpl.i(ChangeImpl.java:11)
com.example.demo.Main.main(Main.java:21)

总结

Java Agent是Java应用程序修改现有类的机制，它可以通过JVM将代码注入到应用程序的ClassLoader中，以运行时方式来改变应用程序的行为。本文讲解了Java Agent的基本使用步骤，并给出了两个简单的示例：收集应用程序中的性能数据和记录每个方法的调用堆栈。

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Java Agent的作用是什么？

步骤一：创建Java Agent

步骤二：使用Java Agent

示例1：性能数据收集

示例2：方法调用轨迹记录

总结

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