字節碼增強技術:AOP技術其實就是字節碼增強技術，JVM提供的動態代理追根究底也是字節碼增強技術。

目的：在Java字節碼生成之后，對其進行修改，增強其功能，這種方式相當于對應用程序的二進制文件進行修改。Java字節碼增強主要是為了減少冗余代碼，提高性能等。

應用場景:某一天系統出現OOM，通過工具分析，各類的對象占用了很大空間，但是這個對象被許多程序訪問，那么就很難找到，工程的全文匹配也只能找到自己的業務代碼調用的地方，深入的反射，三方包調用無法匹配。這個時候AOP就可以幫助完成。

兩種實現機制:

動態代理(jdk動態代理，sprintAOP動態代理):一種是通過創建原始類的一個子類，也就是動態創建的這個類繼承原來的類，現在的SprintAOP正是通過這種方式實現。

動態代理(Cglib,ASM,javassit):另一種是非常暴力的，即直接修改原先的Class字節碼，在許多類的跟蹤過程中會用到這技術(類加載時修改字節碼信息，運行時修改)。《Java動態代理機制詳解（JDK 和CGLIB，Javassist，ASM）》

代理:?Java之代理（jdk靜態代理，jdk動態代理，cglib動態代理，aop，aspectj）

實現字節碼增強的主要步驟為:

? 1、修改字節碼

1.在內存中獲取到原始的字節碼，然后通用一些開源提供的API來修改它的byte[]數組，得到一個新的byte[]數組.(ASM,javassist,cglib等技術0

? 2、使修改后的字節碼生效

有兩種方法:

1) 自定義ClassLoader來加載修改后的字節碼;

2)替換掉原來的字節碼(將這個新的數組寫到PermGen區域，也就是加載它或替換原來的Class字節碼(也可以在進程外部調用完成)):在JVM加載用戶的Class時，攔截，返回修改后的字節碼;或者在運行時，使用Instrumentation.redefineClasses方法來替換掉原來的字節碼;

使用Java代理和ASM字節碼技術開發java探針工具可以修改字節碼

備注：javassist是一個庫，實現ClassFileTransformer接口中的transform()方法。ClassFileTransformer這個接口的目的就是? 在class被裝載到JVM之前將class字節碼轉換掉，從而達到動態注入代碼的目的。

備注：ASM是一個java字節碼操縱框架，它能被用來動態生成類或者增強既有類的功能。ASM 可以直接產生二進制 class 文件，也可以在類被加載入 Java 虛擬機之前動態改變類行為。Java class 被存儲在嚴格格式定義的 .class文件里，這些類文件擁有足夠的元數據來解析類中的所有元素：類名稱、方法、屬性以及 Java 字節碼（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，甚至能夠根據用戶要求生成新類。

詳細總結

1 使用Java代理和Java字節碼注入技術

開發java探針工具來分析復雜的接口方法，無需修改代碼，簡單部署就可以實時抓取代碼的運行軌跡和方法耗時。

2 基于Java代理和Java字節碼注入技術的java探針工具技術原理

動態代理功能實現說明

我們利用Java代理和ASM字節碼技術開發java探針工具，實現原理如下：

jdk1.5以后引入了Java代理技術，Java代理時運行方法之前的攔截器。我們利用Java代理和ASM字節碼技術，在JVM加載class二進制文件的時候，利用ASM動態的修改加載的class文件，在監控的方法前后添加計時器功能，用于計算監控方法耗時，同時將方法耗時及內部調用情況放入處理器，處理器利用棧先進后出的特點對方法調用先后順序做處理，當一個請求處理結束后，將耗時方法軌跡和入參map輸出到文件中，然后根據map中相應參數或耗時方法軌跡中的關鍵代碼區分出我們要抓取的耗時業務。最后將相應耗時軌跡文件取下來，轉化為xml格式并進行解析，通過瀏覽器將代碼分層結構展示出來，方便耗時分析，如圖所示:

jvm探針工具原理圖

1.在JVM加載class二進制文件的時候，利用ASM動態的修改加載的class文件，在監控的方法前后添加計時器功能，用于計算監控方法耗時;

2.將監控的相關方法和耗時及內部調用情況，按照順序放入處理器;

3.處理器利用棧先進后出的特點對方法調用先后順序做處理，當一個請求處理結束后，將耗時方法軌跡和入參map輸出到文件中;

4.然后區分出耗時的業務，轉化為xml格式進行解析和分析。

Java探針工具功能點:

1.支持方法執行耗時范圍抓取設置，根據耗時范圍抓取系統運行時出現在設置耗時范圍的代碼運行軌跡。

2.支持抓取特定的代碼配置，方便對配置的特定方法進行抓取，過濾出關系的代碼執行耗時情況。

3.支持APP層入口方法過濾，配置入口運行前的方法進行監控，相當于監控特有的方法耗時，進行方法專題分析。

4.支持入口方法參數輸出功能，方便跟蹤耗時高的時候對應的入參數。

5.提供WEB頁面展示接口耗時展示、代碼調用關系圖展示、方法耗時百分比展示、可疑方法凸顯功能。

2.1、入門示例

JavaAgent是運行在main方法之前的攔截器，它內定的方法名叫premain，也就是說先執行premain方法然后再執行main方法。

那么如何實現一個Java代理呢？很簡單，只需要增加premain方法即可。

package com.dxz.chama.javaagent;import java.lang.instrument.Instrumentation;/*** agent的入口類*/ public class SampleAgent {/*** 該方法在main方法之前運行，與main方法運行在同一個JVM中，并被同一個System ClassLoader裝載，被統一的安全策略(security policy)和上下文(context)管理*/public static void premain(String agentOps, Instrumentation inst) {System.out.println("=======premain方法執行");System.out.println(agentOps);}/*** 如果不存在 premain(String agentOps, Instrumentation inst) 則會執行 premain(String agentOps)*/public static void premain(String agentOps) {System.out.println("====premain方法執行2====");System.out.println(agentOps);} }

修改pom文件（完整的pom文件見：《java類加載及動態代理之字節碼插莊技術》）

指定prmain的路徑。

javaagent打包，mvn clean package，生成jar：chama-0.0.1-SNAPSHOT.jar

業務類

package com.dxz.chama.service;public class SampleService {public static void main(String[] args) {System.out.println("SampleService main()==========");} }

運行配置

運行結果：

2.2 基于 JavaAgent 的應用實例

JDK5中只能通過命令行參數在啟動JVM時指定javaagent參數來設置代理類，而JDK6中已經不僅限于在啟動JVM時通過配置參數來設置代理類，JDK6中還可以通過 Java Tool API 中的 attach 方式，我們也可以很方便地在運行過程中動態地設置加載代理類，以達到 instrumentation 的目的。

Instrumentation 的最大作用，就是類定義動態改變和操作。

基于JavaAgent的Instrumentation代理示例

最簡單的一個例子，計算某個方法執行需要的時間，不修改源代碼的方式，使用Instrumentation 代理來實現這個功能，給力的說，這種方式相當于在JVM級別做了AOP支持，這樣我們可以在不修改應用程序的基礎上就做到了AOP，是不是顯得略吊。

創建一個 ClassFileTransformer 接口的實現類 MyTransformer實現 ClassFileTransformer 這個接口的目的就是在class被裝載到JVM之前將class字節碼轉換掉，從而達到動態注入代碼的目的。那么首先要了解MonitorTransformer 這個類的目的，就是對想要修改的類做一次轉換，這個用到了javassist對字節碼進行修改，可以暫時不用關心jaavssist的原理，用ASM同樣可以修改字節碼，只不過比較麻煩些。

項目結構

MyAgent.MyAgent.java

package com.dxz.chama.javaagent; import java.lang.instrument.Instrumentation;public class StatAgent{/*** 該方法在main方法之前運行，與main方法運行在同一個JVM中 并被同一個System ClassLoader裝載* 被統一的安全策略(security policy)和上下文(context)管理*/public static void premain(String agentOps, Instrumentation inst){System.out.println("=========premain方法執行========");System.out.println(agentOps);// 添加Transformerinst.addTransformer(new StatTransformer());}/*** 如果不存在 premain(String agentOps, Instrumentation inst) 則會執行 premain(String* agentOps)*/public static void premain(String agentOps){System.out.println("====premain方法執行2====");System.out.println(agentOps);}public static void main(String[] args){}}

StatTransformer.java

package com.dxz.chama.javaagent;import java.lang.instrument.ClassFileTransformer; import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException; import java.security.ProtectionDomain; import java.util.ArrayList; import java.util.HashMap; import java.util.List; import java.util.Map; import javassist.ClassPool; import javassist.CtClass; import javassist.CtMethod; import javassist.CtNewMethod;/*** 檢測方法的執行時間*/ public class StatTransformer implements ClassFileTransformer {final static String prefix = "\nlong startTime = System.currentTimeMillis();\n";final static String postfix = "\nlong endTime = System.currentTimeMillis();\n";// 被處理的方法列表final static Map<String, List<String>> methodMap = new HashMap<String, List<String>>();public StatTransformer() {add("com.shanhy.demo.TimeTest.sayHello");add("com.shanhy.demo.TimeTest.sayHello2");}private void add(String methodString) {String className = methodString.substring(0, methodString.lastIndexOf("."));String methodName = methodString.substring(methodString.lastIndexOf(".") + 1);List<String> list = methodMap.get(className);if (list == null) {list = new ArrayList<String>();methodMap.put(className, list);}list.add(methodName);}// 重寫此方法@Overridepublic byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined,ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {className = className.replace("/", ".");if (methodMap.containsKey(className)) {// 判斷加載的class的包路徑是不是需要監控的類CtClass ctclass = null;try {ctclass = ClassPool.getDefault().get(className);// 使用全稱,用于取得字節碼類<使用javassist>for (String methodName : methodMap.get(className)) {String outputStr = "\nSystem.out.println(\"this method " + methodName+ " cost:\" +(endTime - startTime) +\"ms.\");";CtMethod ctmethod = ctclass.getDeclaredMethod(methodName);// 得到這方法實例String newMethodName = methodName + "$old";// 新定義一個方法叫做比如sayHello$oldctmethod.setName(newMethodName);// 將原來的方法名字修改// 創建新的方法，復制原來的方法，名字為原來的名字CtMethod newMethod = CtNewMethod.copy(ctmethod, methodName, ctclass, null);// 構建新的方法體StringBuilder bodyStr = new StringBuilder();bodyStr.append("{");bodyStr.append(prefix);bodyStr.append(newMethodName + "($$);\n");// 調用原有代碼，類似于method();($$)表示所有的參數bodyStr.append(postfix);bodyStr.append(outputStr);bodyStr.append("}");newMethod.setBody(bodyStr.toString());// 替換新方法ctclass.addMethod(newMethod);// 增加新方法System.err.println(outputStr);}return ctclass.toBytecode();} catch (Exception e) {System.out.println(e.getMessage());e.printStackTrace();}}return null;} }

修改pom文件（完整的pom文件見：《java類加載及動態代理之字節碼插莊技術》）

javaagent打包

mvn clean package

META-INF/MANIFEST.MF

業務測試類：

package com.dxz.chama.service; public class TimeTest {public static void main(String[] args){System.err.println("======TimeTest執行========");sayHello();sayHello2("hello world222222222");}public static void sayHello(){try{Thread.sleep(2000);System.out.println("hello world!!");}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}public static void sayHello2(String hello){try{Thread.sleep(1000);System.out.println(hello);}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}} }

運行配置：

結果：

3 使用 spring-loaded 實現 jar 包熱部署

在項目開發中我們可以把一些重要但又可能會變更的邏輯封裝到某個 logic.jar 中，當我們需要隨時更新實現邏輯的時候，可以在不重啟服務的情況下讓修改后的 logic.jar 被重新加載生效。

spring-loaded是一個開源項目，項目地址:https://github.com/spring-projects/spring-loaded

使用方法：

在啟動主程序之前指定參數 -javaagent:C:/springloaded-1.2.5.RELEASE.jar -noverify 123

如果你想讓 Tomat 下面的應用自動熱部署，只需要在 catalina.sh 中添加：

set JAVA_OPTS=-javaagent:springloaded-1.2.5.RELEASE.jar -noverify1

這樣就完成了 spring-loaded 的安裝，它能夠自動檢測Tomcat 下部署的webapps ，在不重啟Tomcat的情況下，實現應用的熱部署。

通過使用 -noverify 參數，關閉 Java 字節碼的校驗功能。
使用參數 -Dspringloaded=verbose;explain;watchJars=tools.jar 指定監視的jar

（verbose;explain; 非必須），多個jar用“冒號”分隔，如 watchJars=tools.jar:utils.jar:commons.jar

當然，它也有一些小缺限：

目前官方提供的1.2.4 版本在linux上可以很好的運行，但在windows還存在bug，官網已經有人提出：https://github.com/spring-projects/spring-loaded/issues/145

對于一些第三方框架的注解的修改，不能自動加載，比如：spring mvc的@RequestMapping

log4j的配置文件的修改不能即時生效。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JVM插桩之一：JVM字节码增强技术介绍及入门示例的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。