JVM中Instrumentation實現

想必不少人聽說過javaagent，但是很少人聽說Instrumentation，其實Instrumentation就是javaagent 的實現機制，說到Instrumentation，就必須想了解java的attach機制，那就先說下attach的實現。

大家進行jstack的時候，是不是經常看到兩個線程Signal Dispatcher和Attach Listener線程，可能不知道是干嘛的吧，這兩個線程是實現attach的關鍵所在，其中前者是在jvm啟動的時候就會創建的，后者只有接收過attach請求的時候vm才會創建，顧名思義，Signal Dispatcher是分發信號的，Attach Listener 是處理attach請求的，那么兩者有什么關系呢，當我們執行attach方法的時候，會向目標vm發出一個SIGQUIT 的信號，目標vm收到這個信號之后就會創建Attach Listener線程了，當然jvm保證了不會多創建。

Attach機制說得簡單點就是提供A進程可以連上B進程（當然是java進程），創建socket進行通信，A通過發命令給B，B然后對命令進行 截取從自己的vm中獲取信息發回給客戶端vm，但是并不是隨便發指令都會處理的，那么attach Listener接收哪些命令呢，如下所示：

static AttachOperationFunctionInfo funcs[] = { 
  { "agentProperties",  get_agent_properties }, 
  { "datadump",         data_dump }, 
  { "dumpheap",         dump_heap }, 
  { "load",             JvmtiExport::load_agent_library }, 
  { "properties",       get_system_properties }, 
  { "threaddump",       thread_dump }, 
  { "inspectheap",      heap_inspection }, 
  { "setflag",          set_flag }, 
  { "printflag",        print_flag }, 
  { "jcmd",             jcmd }, 
  { NULL,               NULL } 
};

Instrumentation的實現其實主要使用了load這個指令，它用來實現讓target vm動態加載agentlib，Instrumentation的實現在一個名為libinstrument.dylib的動態lib庫，linux下是libinstrument.so，它是基于JVMTI接口實現的，因此在對其進行load的時候會創建一個agent實例，并往JVMTI環境注冊一些回調方法，比如監聽類文件加載的事件，vm初始化完成事件等，執行Agent_OnAttach,這里會創建一個Instrumentation實例并返回給用戶供大家擴展Instrumentation，比如增加一些transform，并會執行Instrumentation實例的loadClassAndCallAgentmain方法，該方法主要執行agent的MF文件里定義的 Agent-Class類的agentmain方法，當vm初始化完畢之后，會調用loadClassAndCallPremain方法,該方法主要執行agent的MF文件里定義的Agent-Class類的premain方法。在類進行加載的時候會調用Instrumentation的transform方法，可以看看參數里有個byte數組，這個數組其實就是正在加載的class字節碼，所以如果要字節碼增強在這里就可以入手啦，甚至可以實現偷天換日。

如果在vm啟動過程中加載agent，那么會在vm初始化過程中先執行libinstrument.dylib里InvocationAdapter.c的Agent_OnLoad方法，該方法主要：實例化agent，解析agent的MF文件，將相關屬性取出來，并注冊JVMTI的一些回調函數，在vm初始化完成之后，會通過回調函數去實例化Instrumentation實現對象，設置ClassFileLoadHook函數，并調用Pre-Main指定類的premain方法。

如果在運行期通過attach api來load agent，那么會在收到load指令之后，會調用InvocationAdapter.c的Agent_OnAttach方法，其實現基本和Agent_OnLoad一致，只是會調用Agent-Class的agentmain方法，還有點不同就是對vm init事件沒有再關注（都運行期了，關注也沒用），而是直接對ClassFileLoad關注，也不會再調用Pre-Main指定的類的premain 方法（顧名思義，是在執行main方法之前執行的，所以運行期搞執行Pre-Main的class也不妥）。
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