很棒的开源监控系统原理系列文章：UAV MOF工作原理之Agent注入机制原理

骑猪看日落 2022-04-18 02:18 185阅读 0赞

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本月我们将为大家推送UAVStack的中间件增强框架专题（MOF），为大家详细讲述UAV中的MOF Agent是如何借助javaagent（premain）和javaassist技术在对应用无侵入的前提下完成数据捕获的。欢迎继续关注UAVStack，了解UAV更多的技术创新。

**前言**  
MOF（Moniter Framwork）作为UAV应用数据捕获框架，不但实现了对应用无侵入的数据捕获，而且在框架层面实现了功能的灵活控制，并且保证了良好的可扩展性，在UAV中具有举足轻重的地位。  
MOF Agent注入机制作为UAV MOF工作的基础，也为UAV无侵入捕获应用数据提供可能。UAV Agent代码注入机制结合javaagent（premain）和javaassist技术，在应用字节码加载到JVM之前进行字节码改写。通过适配器适配（adaptor）不同应用服务器，目前支持的包括Tomcat（6+）、SpringBoot、Jetty（7+）等，结合拦截器（interceptor）实现对不同应用服务器切点，为MOF框架和应用数据捕获提供基础。

**Java Agent技术**  
自JDK1.5开始, JDK中引入了java.lang.Instrument包，提供在Java程序类加载之前修改class字节码和运行时动态修改系统中Class类型的能力，其中一个核心概念即Java Agent，可以理解为一个字节码转换器或者Class对象转换器。针对字节码转化和Class对象转化，Java agent分别提供了相应的方式，即Java agent premain方式和Java agent agentmain方式。UAV MOF使用的是Java agent premain方式，因此本文主要讲解该转化方式。  
Java agent premain方式提供了在字节码class文件被JVM加载之前拦截并修改的神奇能力，目前基本所有基于探针的监控系统（如ONEAPM Servers）都是基于这种能力实现的对应用的无侵入监控。Java agent premain中有两个重要的概念，分别是premain和transformer。  
premain将在程序的main方法之前执行，我们知道程序的入口是main方法，premain代表了在程序正式启动之前执行的动作，具备类似AOP的能力。transformer，寓意转化器，提供字节码文件流转化的能力。

![图1 Class文件转化图][1 Class]

集合premain和transformer两大神器，可以对加载进JVM的任意Class文件进行修改。其流程如图1所示，任何Class文件加载时候，都要经过premain这一关卡，通过一系列的transformer，Class字节码文件流最终变成那个完美的它，然后被加载到JVM中。当然，修改Class字节码文件流的动作是在transformer中进行的。这就有个问题，拿到了字节码文件流，怎么修改呢？当然是发挥人类的特长，借助工具，比如说javassist。

**Javassist技术**  
Javaassist是一个开源的分析、编辑和创建Java字节码的类库，能运行时动态生成类，修改类，并且能直接使用java编码。  
前文Java agent技术中，在transformer中拿到了类的字节码文件流，利用Javaassist解析字节码流为类对象，并对其进行修改，非常快速便捷。Javassist与Java agent结合将事半功倍。关于Javaassist的使用还请参考官网http://www.javassist.org。

**MOF Agent注入机制**  
前文中介绍了一对好伙伴：Javaagent技术和Javassit技术。Java agent负责拦截和转换字节码流，转换的过程中使用Javaassist进行解析和修改。此两者技术为MOF Agent注入机制提供了技术基础。相信小伙伴对MOF Agent注入机制已经有了一定了猜想。  
图2为MOF Agent的组件图，MOFAgent基于java agent premain技术实现，拦截所有加载的Class字节码文件流；并通过UAV的transformer（MOFClsTransformer）进行字节码劫持和转化。UAV做的不仅仅是这些，还能自动感知不同应用服务器，并对不同应用服务器生命周期中的重要位置注入切点。UAV通过适配器（Adaptor）进行不同应用服务适配，通过拦截器（interceptor）进行具体的切点注入实现。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTAxOTMz_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
图2 MOF Agent组件图  
MOFAgent注入机制将对应用服务器生命周期中关键位置注入切点，为MOF框架初始化、应用的画像信息和实时监控数据信息捕获提供基础。MOF Agent注入的不同切点会产生不同的事件，通过事件驱动后续MOF框架。MOF支持的主要切点如下：

*  应用服务器入口  
    应用服务器入口切点，UAV将完成MOF Jar包加载和配置文件初始化；
 *  应用服务器启动  
    应用服务器启动时，切将保证UAV MOF将随应用服务器启动完成MOF内部代码的自启动和初始化；
 *  应用服务器请求处理和回复  
    应用服务器请求和回复切点，是UAV对应用实时监控数据捕获的重要切点，监控应用服务器，应用，所有的URL的性能指标；
 *  应用初始化  
    应用初始化切点时，UAV将对应用的Filter进行改写，支持MOF的Global Filter机制；同时完成对应用画像信息进行捕获等；
 *  应用停止  
    应用停止时切点，UAV将完成MOF相关机制的停止等操作

本文主要目的是让读者了解UAV MOF Agent代码注入机制原理和相关实现。MOF中其它重要框架及其实现原理将会在后续文章中依次剖析，敬请期待，同时欢迎大家继续关注UAVStack官方微信群，相信您一定会有收获！

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