前言

在之前文章中介紹了 Arthas 應(yīng)用診斷利器--入門和常用騷操作，想必大家同我一樣對 Arthas 這么強(qiáng)大的功能所折服(如何做到無需重啟 attach 到 JVM、又如何實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)聽和統(tǒng)計(jì)等功能)，今天我們就來對 Arthash 的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行解密。提前透露下今天重要的角色：Instrument、ASM。

Instrument

帶著問題 Arthas 如何做到無需重啟 attach 到 JVM 開始進(jìn)入正題，首先先介紹下 Instrument。

Instrumentation類提供控制Java語言程序代碼的服務(wù)。Instrumentation可以實(shí)現(xiàn)在方法插入額外的字節(jié)碼從而達(dá)到收集使用中的數(shù)據(jù)到指定工具的目的。由于插入的字節(jié)碼是附加的，這些更變不會修改原來程序的狀態(tài)或者行為。通過這種方式實(shí)現(xiàn)的良性工具包括監(jiān)控代理、分析器、覆蓋分析程序和事件日志記錄程序等等。

簡單來說，Instrument 就是「針對已有的類修改其字節(jié)碼來增強(qiáng)其邏輯，從開發(fā)者的角度可以理解為 JVM 層面的 AOP 編程」。開源的很多 APM(Application Performance Monitor) 框架如 SkyWalking、PinPoint 等都是通過java.lang.instrument包提供的字節(jié)碼增強(qiáng)功能來實(shí)現(xiàn)的，大部分情況下 我們都是使用 Instrument 字節(jié)碼插樁的功能。

1. Jdk5 開始引入 java.lang.instrument 包，一開始只有 premain 的方式(通過命令行使用外部代理jar包 )
2. 新建/在現(xiàn)有的項(xiàng)目中，編寫 premain 函數(shù) public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst)。
3. 將項(xiàng)目打成 jar 包，并引入 Maven 插件 maven-jar-plugin 指定 Premain-Class。

通過指定Agent運(yùn)行 java -javaagent:代理Jar包的路徑 [=傳入premain的參數(shù)] yourTarget.jar

Jdk6 之后針對這點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，不再需要在通過命令 -javaagent 的方式指定引入代理 Jar，而是通過使用 agentmain 在運(yùn)行時通過attach工具激活指定代理。就可以通過 addTransformer，retransformClasses，redefineClasses等方式對字節(jié)碼進(jìn)行增強(qiáng)和熱替換了。

1. 新建/在現(xiàn)有的項(xiàng)目中，編寫 agentmain 函數(shù) public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst)。
2. 將項(xiàng)目打成 jar 包，并引入 Maven 插件 maven-jar-plugin 指定 Premain-Class。
3. 通過attach工具直接加載Agent。

「簡單的提下 Instrument原理：」

instrument 的底層實(shí)現(xiàn)依賴于 JVMTI(JVM Tool Interface)，它是JVM暴露出來的一些供用戶擴(kuò)展的接口集合，JVMTI是基于事件驅(qū)動的， JVM 每執(zhí)行到一定的邏輯就會調(diào)用一些事件的回調(diào)接口(如果有的話)，這些接口可以供開發(fā)者去擴(kuò)展自己的邏輯。JVMTIAgent 是一個利用 JVMTI 暴露出來的接口提供了代理啟動時加載(agent on load)、代理通過 attach 形式加載(agent on attach)和代理卸載(agent on unload)功能的動態(tài)庫。而instrument agent可以理解為一類 JVMTIAgent 動態(tài)庫，別名是 JPLISAgent(Java Programming Language Instrumentation Services Agent)，也就是專門為java語言編寫的插樁服務(wù)提供支持的代理。

ASM

既然已經(jīng)有了重寫類的入口(Instrument)，那么只需要結(jié)合第三方的字節(jié)碼編譯工具即可完成想要的功能了，Arthas 就是通過 ASM 用來動態(tài)生成class或者增強(qiáng)class，比如常用的 Gradle 在運(yùn)行時基于 ASM 運(yùn)行時生成一些類、 CGLib 也是基于 ASM 實(shí)現(xiàn)的(插一個題外話：Jdk Proxy而是基于是「反射機(jī)制」實(shí)現(xiàn)的)

「ASM」是一個通用的 Java 字節(jié)碼操作和分析框架。它可用于直接以二進(jìn)制形式修改現(xiàn)有類或動態(tài)生成類。ASM 提供了一些常見的字節(jié)碼轉(zhuǎn)換和分析算法，可以從中構(gòu)建自定義的復(fù)雜轉(zhuǎn)換和代碼分析工具。ASM 可以直接產(chǎn)生二進(jìn)制 class 文件，也可以在類被加載入 Java 虛擬機(jī)之前動態(tài)改變類行為。Java class 被存儲在嚴(yán)格格式定義的 .class文件里，這些類文件擁有足夠的元數(shù)據(jù)來解析類中的所有元素：類名稱、方法、屬性以及 Java 字節(jié)碼(指令)。ASM從類文件中讀入信息后，能夠改變類行為，分析類信息，甚至能夠根據(jù)用戶要求生成新類。

ASM 提供與其他 Java 字節(jié)碼框架類似的功能，但側(cè)重于 性能。因?yàn)樗弧冈O(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)得盡可能小和盡可能快」，所以它「非常適合在動態(tài)系統(tǒng)中使用」(但當(dāng)然也可以以靜態(tài)方式使用，例如在編譯器中)。ASM 字節(jié)碼增強(qiáng)技術(shù)主要是用來反射的時候提升性能的，如果單純用jdk的反射調(diào)用，性能是非常低下的，而使用字節(jié)碼增強(qiáng)技術(shù)后反射調(diào)用的時間已經(jīng)基本可以與直接調(diào)用相當(dāng)。

ASM：

https://asm.ow2.io/index.html。

「ASM 字節(jié)碼處理流程：」目標(biāo)類 class bytes -> ClassReader解析 -> ClassVisitor增強(qiáng)修改字節(jié)碼 -> ClassWriter生成增強(qiáng)后的 class bytes。

「Arthas 如何做到無需重啟 attach 到 JVM (ASM + Instrument 處理流程)：」

目標(biāo)類 class bytes -> ClassReader解析 -> ClassVisitor增強(qiáng)修改字節(jié)碼 -> ClassWriter生成增強(qiáng)后的 class bytes -> 通過Instrument解析加載為新的Class.