JVM

发布日期: 2024-08-03

预备知识

类似JVM中的AOP
Java的agent机制

Instructation机制

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，甚至能够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运行时虚拟机监控和 Java 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 实现方式，
使得开发者无需对 JDK 做任何升级和改动，就可以实现某些 AOP 的功能了。
-- 百度百科

instrument的底层实现依赖于JVMTI，也就是JVM Tool Interface，它是JVM暴露出来的一些供用户扩展的接口集合。
JVMTI是基于事件驱动的，JVM每执行到一定的逻辑就会调用一些事件的回调接口（如果有的话），这些接口可以供开发者去扩展自己的逻辑。
JVMTI机制

使用instrument 的方式有两种，下面分别简单总结一下：

premain方式（JVM启动前进行增强）

需要实现下面的方法

public static void premain(String args, Instrumentation instrumentation){
    //在这里调用instrumentation 做增强操作
}

并在打包jar的时候，指定Premain-Class 的入口类

可以参考arthas中arthas-agent/pom.xml

实现premain的例子

运行原理如下图：
premain反射的运行原理

在目标java程序启动运行前，通过-javaagent=agent.jar=paramsxxxx 的方式，可以在目标jvm运行前，进行字节码的修改

常见的用法

idea破解:使用agent的方式，替换加密的文件、证书

agentmain方式（JVM运行中进行增强）

原理：使用attach机制，与目标jvm建立链接

使用步骤：

1、编写agent实现类

需要实现下面的方法

public static void agentmain(String args, Instrumentation instrumentation){

}

2、打包为agent.jar

并在打包jar的时候，指定Agent-Class 的入口类

可以参考arthas中arthas-agent/pom.xml

3、编写注入程序，调用attach相关的api
使用时，需要先通过jvm的工具，获取jvm实例，然后调用

com.sun.tools.attach.VirtualMachine.loadAgent(java.lang.String, java.lang.String)

去给目标jvm注入agent.jar

4、注入后，目标jvm就会运行上面定义的agentmain 方法，进而通过 Instrumentation 实例对jvm实例进行增强

运行原理如下所示：
agentmain方式运行原理

常见的应用案例：

arthas

arthas核心模块的功能和流程

arthas的核心模块不多，主要是以下几个：

arthas-common

类如下所示：
arthas-common的类

主要是存放公共类、工具类
如io相关的、文件相关的、反射相关的工具

arthas-apy

arthas-spy模块的运行示意图

只有一个类
arthas-spy类截图

定义此类，用于依附到目标jvm中，并实现目标jvm与arthas的类隔离，后续会深入研究

arthas-client

核心类是 com.taobao.arthas.client.TelnetConsole

对应入口函数是process(java.lang.String[], java.awt.event.ActionListener)

供arthas-boot使用，在boot的进程中起一个客户端线程，用于接收用户的输入、输出arthasc-core的输出内容

1、在com.taobao.arthas.client.IOUtil#readWrite 中会起两个线程，

一个reader线程：用于读取用户在本地「终端」的输入，将其输出到远程的输出流中
一个writer线程：用于读取远程的输入流，将其输出到本地「终端」的输出流中

上面的本地「终端」，指的是标准输入输出

上面的远程，指的是通过attach机制注入到目标jvm后，启动的监听端口所产生的连接

此外，连接远程的时候，会使用 org.apache.commons.net.telnet.TelnetInputStream 这个Runnable 去启动一个线程

arthas-boot

使用 java -jar arthas-boot.jar 的方式启动arthas的时候，启动的就是本模块下的com.taobao.arthas.boot.Bootstrap的main 方法

启动后，会在做一下几件事情

1、java版本的判断，做一些准备
- 检查jdk版本的兼容性
- 检查telnet端口是否已被占用
2、列出本机上存在的jvm进程和对应的pid，让用户选择要监听的jvm进程
3、选中要监听的jvm的pid后，会检查依赖的一下几个jar是否存在

“arthas-core.jar”, “arthas-agent.jar”, “arthas-spy.jar”

若相关依赖不存在，则会去官网上下载

4、若依赖存在，且telnet端口没有被占用，则会在此去检查telnet端口是否被占用
- 若存在，则忽略
- 若不存在，则通过 com.taobao.arthas.boot.ProcessUtils#startArthasCore 方法，对目标jvm启动arthas-core
  - 使用ProcessBuilder ，构造一个进程，然后使用命令行的方式，调用 com.taobao.arthas.core.Arthas#main
  - 继续调用 com.taobao.arthas.core.Arthas#attachAgent
  - 最终调用com.sun.tools.attach.VirtualMachine.loadAgent(java.lang.String, java.lang.String)
    
    将agent注入到目标jvm中
5、通过反射的方式，调用com.taobao.arthas.client.TelnetConsole#main，启动本地「终端」