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JVMTI实战 - 入门介绍及编写一个打印当前已加载的类的工具

JVMTI是JVM Tool Interface的缩写，即JVM的工具接口。

通过JVMTI可以用来实现profiling性能分析、debugging、监控、线程分析、覆盖率分析等工具。

接口提供的功能分为几大类，包括了class、线程、Heap内存的查询、操作等等。

这样可以在不改动代码的情况下监控、分析java进程的状态等。

javaagent也常用来实现类似的功能，不过javaagent对应的Instrumentation接口的功能相对有限，可以通过JVMTI获取更多底层功能。

开发一个简单的JVMTI工具

JVMTI有两种启动方式。

一种是在Java进程启动的时候通过 -agentpath:<path-to-agent>=<options> 的方式启动，path-to-agent是对应的jvmti接口实现的so动态库文件的绝对路径，后面可以追加jvmti程序需要的参数。

另一种方式是运行时attach，然后加载jvmti实现的动态库文件。

为了学习JVMTI，我们编写一个打印当前所有已经加载的类的工具，熟悉下整个开发使用流程。

创建一个C++项目

在Clion中，选择Create C++ executable，然后修改CMakeLists.txt

增加如下几行，来加入jvmti.h文件的依赖

include_directories(${JAVA_INCLUDE_PATH})
include_directories(${JAVA_INCLUDE_PATH2})

然后创建一个cpp文件，命名为jvmti_example.cpp，并在CMakeLists.txt中添加

SET(LIB_SRC jvmti_example.cpp)
ADD_LIBRARY(jvmti_example SHARED ${LIB_SRC})

编写jvmti_example.cpp，实现Agent_OnLoad、Agent_OnAttach、Agent_OnUnload。

OnLoad会在通过命令行参数方式启动时调用，OnAttach在attach到目标进程加载时调用，OnUnload在agent被卸载时调用。

我们在attach之后打印出当前所有已经加载的类的签名

#include <iostream>
#include "jvmti.h"

jint printLoadedClasses(JavaVM *vm);

JNIEXPORT jint JNICALL
Agent_OnLoad(JavaVM *vm, char *options, void *reserved) {
    std::cout << "Agent OnLoad" << std::endl;
    return 0;
}

jint JNICALL
Agent_OnAttach(JavaVM *vm, char *options, void *reserved) {
    std::cout << "Agent OnAttach" << std::endl;
    return printLoadedClasses(vm);
}

JNIEXPORT void JNICALL
Agent_OnUnload(JavaVM *vm) {
    std::cout << "Agent OnUnload" << std::endl;
}

JNIEXPORT jint printLoadedClasses(JavaVM *vm) {
    jvmtiEnv *jvmti;

    jint result = vm->GetEnv((void **) &jvmti, JVMTI_VERSION_1_2);
    if (result != JNI_OK) {
        std::cout << "Unable to access jvm env" << std::endl;
        return result;
    }

    jclass *classes;
    jint count;
    result = jvmti->GetLoadedClasses(&count, &classes);
    if (result != JNI_OK) {
        std::cout << "JVMTI GetLoadedClasses failed" << std::endl;
        return result;
    }

    for (int i = 0; i < count; i++) {
        char *sig;
        char *genericSig;
        jvmti->GetClassSignature(classes[i], &sig, &genericSig);
        std::cout << "class signature = " << sig << std::endl;
    }

    return 0;
}

编译写好的cpp文件

mkdir build
cd build
cmake ..
make

然后可以在build文件夹内看到生成的动态库文件，例如在osx系统下是一个 libjvmti_example.dylib 的文件。

测试刚才创建出来的JVMTI程序

编写一个简单的Java代码, 并通过javac Test.java生成class文件

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        while (true) {
            say();
            Thread.sleep(1000);
        }
    }

    public static void say() {
        System.out.println("Hello");
    }
}

命令行启动参数方式

通过 java -agentpath:动态库绝对路径

例如

java -agentpath:/Users/liuzhengyang/CLionProjects/jvmti_examples/build/libjvmti_example.dylib Test

然后可以在标准输出中看到 Agent OnLoad 的输出。

动态attach方式

然后使用动态attach的方式加载jvmti程序，先编写一个Java版本的attach工具，其中attach方法的第一个参数是目标进程pid，第二个参数是动态库的绝对路径，第三个参数是agent的参数，当前这个例子不需要参数。

import com.sun.tools.attach.VirtualMachine;

/**
 * @author liuzhengyang
 * Make something people want.
 * 2020/4/19
 */
public class AgentAttacher {
    public static void main(String[] args) {
        attach(pid, "/Users/liuzhengyang/CLionProjects/jvmti_examples/build/libjvmti_example.dylib", "");
    }

    public static void attach(String pid, String agentPath, String agentArgs) {
        try {
            VirtualMachine virtualMachine = VirtualMachine.attach(pid);
            virtualMachine.loadAgentPath(agentPath, agentArgs);
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

运行这个attach工具，可以在标准输出中看到Agent OnAttach和当前已经加载的类的结果