来源:网易有道词典-专业释义-计算机科学技术
Instrumentation: 在计算机科学技术中的英文释义是插桩、植入。
instrument: 仪器(仪器是指用以检出、测量、观察、计算各物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。)
动态 Instrumentation 是 Java SE 5 的新特性,它在 java.lang.instrument
包中,它把 Java 的 instrument 功能从本地代码中释放出来,使其可以用 Java 代码的方式解决问题。使用 Instrumentation
,开发者可以构建一个独立于应用程序的代理程序(Agent),用来监测和协助运行在 JVM 上的程序,甚至可以替换和修改某些类的定义。有了这样的功能,开发者就可以实现更为灵活的虚拟机监控和 Java的 类操作了,这样的特性实际上提供了一种虚拟机级别支持的 AOP方式,使得开发者无需对原有应用做任何修改,就可以实现类的动态修改和增强
java.lang.instrument
包被赋予了更强大的功能:启动后的 监测、本地代码(native code)监测,以及动态改变 classpath
等等。这些改变,意味着 Java 具有了更强的动态控制与解释能力,它使得 Java 语言变得更加灵活多变。
在 Java SE6 里面,最大的改变是能够植入代码到运行时的JVM 程序。在 Java SE 5 中, Instrument
要求在运行前利用命令行参数或者系统参数来设置代理类,在实际的运行之中,虚拟机在初始化之时(在绝大多数的 Java 类库被载入之前), instrumentation
的设置已经启动,并在虚拟机中设置了回调函数,检测特定类的加载情况,并完成实际工作。但是在实际的很多的情况下,我们没有办法在虚拟机启动之时就为其设定代理,这样实际上限制了 instrument
的应用。而 Java SE 6 的新特性改变了这种情况,通过 Java Tool API 中的 attach 方式,我们可以很方便地在运行过程中动态地设置加载代理类,以达到 instrumentation
的目的。
另外,对 native method
的 Instrumentation 也是 Java SE 6 的一个崭新的功能,这使以前无法完成的功能,可以在 Java SE 6 中通过对 native method
接口的 Instrumentation,通过一个或者一系列的 prefix 添加而得以完成。
Java SE 6 里的 Instrumentation 也增加了动态添加 class path 的功能。这些新的功能,都使得 java.lang.instrument
包的功能更加丰富,使得 Java 语言更加强大。
java.lang.instrument
包的具体实现,依赖于 JVMTI(Java Virtual Machine Tool Interface)
这是一套由 Java 虚拟机提供的,为 JVM 相关工具提供的本地编程接口集合。JVMTI 是从 Java SE 5 开始引入,JVMTI 提供了一套“代理”程序机制,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 提供的编程接口,完成很多跟 JVM 相关的功能。事实上, 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
当中与Java 类相关的函数,来完成对 Java 类的动态操作。
除了 Instrumentation
功能外, JVMTI
还在虚拟机内存管理,线程控制,方法和变量操作等等方面提供了大量可用的函数。关于 JVMTI
的详细信息,可以参考 Java SE 6 JVM TI文档
在java中如何实现 Instrumentation 呢,简单来说有以下几步
创建一个普通的类,内含静态方法premain(),这个方法名是java agent内定的方法名,它总会在main函数之前执行
package cn.jpsite.learning.javaagent01; import java.lang.instrument.Instrumentation; public class JpAgent { public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) { /*转换发生在 premain 函数执行之后,main 函数执行之前,这时每装载一个类,transform 方法就会执行一次,看看是否需要转换, 所以,在 transform(Transformer 类中)方法中,程序用 className.equals("TransClass") 来判断当前的类是否需要转换。*/ // 方式一: System.out.println("我是两个参数的 Java Agent premain"); } public static void premain(String agentArgs){ System.out.println("我是一个参数的 Java Agent premain"); } } 复制代码
如上有2个 premain()
方法,当1个参数和2个参数的premain()的方法同事存在的时候, premain(String agentArgs)
将被忽略
在resource目录下新建META-INF/MANIFEST.MF文件,内容如下:
Manifest-Version: 1.0 Premain-Class: cn.jpsite.learning.javaagent01.JpAgent Can-Redefine-Classes: true Can-Retransform-Classes: true 复制代码
以上内容可以通过Maven的 org.apache.maven.plugins
和 maven-assembly-plugin
插件配合完成,在mvn install的时候生成 MANIFEST.MF文件内容
目录结构是这样的
mvn clean install
打包,生成了
jpAgent.jar
文件 5. 新建一个maven工程example01,内含Main.java、Dog.java,并最终打包成
example01-1.0-SNAPSHOT.jar
public class Dog { public String say() { return "dog"; } }
public class Main { public static void main(String[] args) { System.out.println("夜太黑"); System.out.println("----"+new Dog().say()); } }
6. 执行
jpAgent.jar
需要通过
-javaagent
参数来指定Java代理包, >
-javaagent
这个参数的个数是不限的,可以指定多个,会按指定的先后顺序执行,执行完各个 agent 后,才会执行主程序的 main 方法。
`` // 为了执行方便,把jar文件放在同一层级目录下 java -javaagent:jpAgent.jar -cp example01-1.0-SNAPSHOT.jar cn.jpsite.learning.Main ``` 其中`example01-1.0-SNAPSHOT.jar`的`Main()`方法只是简单的输出2行内容,通过agent代理后多输出了一段内容。 复制代码
对 Java 类文件的操作,可以理解为对一个 byte 数组的操作(将类文件的二进制字节流读入一个 byte 数组)。开发者可以在 interface ClassFileTransformer
的 transform
方法(通过 classfileBuffer 参数)中得到,操作并最终返回一个类的定义(一个 byte 数组),接下来演示下 transform
转换类的用法,采用简单的类文件替换方式。
import java.io.File; import java.io.FileInputStream; import java.io.IOException; import java.io.InputStream; import java.lang.instrument.ClassFileTransformer; import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException; import java.security.ProtectionDomain; public class JpClassFileTransformerDemo implements ClassFileTransformer { @Override public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException { System.out.println("loader className: " + className); if (!className.equalsIgnoreCase("cn/jpsite/learning/Dog")) { return null; } return getBytesFromFile("D://learning//Dog.class"); } public static byte[] getBytesFromFile(String fileName) { File file = new File(fileName); try (InputStream is = new FileInputStream(file)) { // precondition long length = file.length(); byte[] bytes = new byte[(int) length]; // Read in the bytes int offset = 0; int numRead = 0; while (offset < bytes.length && (numRead = is.read(bytes, offset, bytes.length - offset)) >= 0) { offset += numRead; } if (offset < bytes.length) { throw new IOException("Could not completely read file " + file.getName()); } is.close(); return bytes; } catch (Exception e) { System.out.println("error occurs in _ClassTransformer!" + e.getClass().getName()); return null; } } } 复制代码
instrumentation.addTransformer(new JpClassFileTransformerDemo());
内容如下,重新打包 public class JpAgent { public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) { /*转换发生在 premain 函数执行之后,main 函数执行之前,这时每装载一个类,transform 方法就会执行一次,看看是否需要转换, 所以,在 transform(Transformer 类中)方法中,程序用 className.equals("TransClass") 来判断当前的类是否需要转换。*/ // 方式一: instrumentation.addTransformer(new JpClassFileTransformerDemo()); System.out.println("我是两个参数的 Java Agent premain"); } public static void premain(String agentArgs){ System.out.println("我是一个参数的 Java Agent premain"); } } 复制代码
getBytesFromFile("D://learning//Dog.class")
就是读取修改后的class文件。 java -javaagent:jpAgent.jar -cp example01-1.0-SNAPSHOT.jar cn.jpsite.learning.Main
查看结果如下: 转换发生在 premain
函数执行之后,main 函数执行完成之前,这时每装载一个类, transform
方法就会执行一次,看看是否需要转换,所以,在 transform
方法中,这里用了 className.equals("cn/jpsite/learning/Dog")
来判断当前的类是否需要转换。
除了用 addTransformer 的方式,Instrumentation 当中还有另外一个方法“redefineClasses”来实现 premain 当中指定的转换。用法类似,如下:
ClassDefinition def = new ClassDefinition(Dog.class, Objects.requireNonNull(JpClassFileTransformerDemo .getBytesFromFile("D://learning//Dog.class"))); instrumentation.redefineClasses(new ClassDefinition[] { def }); 复制代码