什么是 Java Agent，以及如何使用它们进行性能分析？

ゞ浴缸里的玫瑰 2023-10-15 08:04 96阅读 0赞

Java Agent 是 Java 编程语言提供的一种特殊机制，允许你在程序运行过程中对字节码进行转换和增强。它是通过 Java 的 Instrumentation API 来实现的，可以用于在应用程序加载类时进行监测、修改和增强。Java Agent 通常被用于实现性能监测、代码分析、方法耗时统计、字节码增强等功能。

## Java Agent 的主要特点 ##

1.  **动态性：** Java Agent 允许你在程序运行时加载代理类，对类进行转换和增强，从而实现动态修改已编译类的功能。
2.  **无侵入性：** 使用 Java Agent 不需要修改源代码，也不需要重新编译。这使得你可以在不改变程序结构的情况下，实现一些横切关注点的逻辑。
3.  **全局性：** Java Agent 可以在整个 JVM 中生效，对加载的所有类都可以进行转换和增强。这使得你可以监测、分析和增强全局的应用行为。

## Java Agent 的使用步骤 ##

开发 Java Agent 的涉及的要点如下图所示：

![image.png][]

![get_code_ZTJiMGE4ZGQ2MjgyYTI2NmU5OWMwNDg1NDU5ZTQ0YWQsMTY5MjY3MjYzNzY3Ng][]

要使用 Java Agent，通常需要遵循以下步骤：

1.  **创建代理类：** 创建一个代理类，实现 java.lang.instrument.Instrumentation 接口的 premain 方法。
2.  **注册代理类：** 在代理类的 premain 方法中注册代理类。这将使代理类在 JVM 启动时加载并执行。
3.  **定义转换规则：** 在代理类中，你可以使用 Instrumentation API 来定义转换规则，即如何对类的字节码进行转换。

## 示例：方法计时器 Java Agent ##

以下是一个简单的 Java Agent 示例，实现对所有方法的计时统计：

Java复制代码import java.lang.instrument.Instrumentation;
    
    public class MethodTimerAgent {
    
        public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) {
            System.out.println("Agent premain called");
            instrumentation.addTransformer(new MethodTimerTransformer());
        }
    }

增加创建一个 ClassFileTransformer 接口的实现类 MethodTimerTransformer

Java复制代码public class MethodTimerTransformer implements ClassFileTransformer {  
        private final static String prefix = "\nlong startTime = System.currentTimeMillis();\n";  
        private final static String postfix = "\nlong endTime = System.currentTimeMillis();\n";  
    
        // 被处理的方法列表  
        final static Map<String, List<String>> methodMap = new HashMap<String, List<String>>();  
    
        public MethodTimerTransformer() {  
            add("com.example.TimeTest.sayHello");  
        }  
    
        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);  
        }  
    
        @Override  
        public byte[] transform(  
                ClassLoader loader,  
                String className,  
                Class<?> classBeingRedefined,  
                ProtectionDomain protectionDomain,  
                byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {  
    
            if (className.startsWith("com/example/")) {  
                className = className.replace("/", ".");  
                System.out.println("Transforming class: " + className);  
    
                // 在方法前后添加计时逻辑  
                CtClass ctclass = null;  
    
                try {  
                    ctclass = ClassPool.getDefault().get(className);// 使用全称,用于取得字节码类<使用javassist>  
                    System.out.println(ctclass.getName());  
                    for (String methodName : methodMap.get(className)) {  
                        System.out.println(methodName);  
                        String outputStr = "\nSystem.out.println(\"this method " + methodName  
                        + " cost:\" +(endTime - startTime) +\"ms.\");";  
    
                        CtMethod ctmethod = ctclass.getDeclaredMethod(methodName);// 得到这方法实例  
                        String newMethodName = methodName + "$old";// 新定义一个方法叫做比如sayHello$old  
                        ctmethod.setName(newMethodName);// 将原来的方法名字修改  
    
                        // 创建新的方法，复制原来的方法，名字为原来的名字  
                        CtMethod newMethod = CtNewMethod.copy(ctmethod, methodName, ctclass, null);  
    
                        // 构建新的方法体  
                        StringBuilder bodyStr = new StringBuilder();  
                        bodyStr.append("{");  
                        bodyStr.append(prefix);  
                        bodyStr.append(newMethodName + "($$);\n");// 调用原有代码，类似于method();($$)表示所有的参数  
                        bodyStr.append(postfix);  
                        bodyStr.append(outputStr);  
                        bodyStr.append("}");  
    
                        newMethod.setBody(bodyStr.toString());// 替换新方法  
                        ctclass.addMethod(newMethod);// 增加新方法  
                    }  
                    return ctclass.toBytecode();  
                } catch (Exception e) {  
                    System.out.println(e.getMessage());  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }  
    
            return classfileBuffer;  
        }  
    }

在上述示例中，MethodTimerAgent 是 Java Agent 的代理类，通过 premain 方法注册了 MethodTimerTransformer 类。MethodTimerTransformer 是转换器类，实现了 ClassFileTransformer 接口，允许你在 transform 方法中修改目标类的字节码。

这里的对字节码的修改用到了javassist，javassist介介绍可以参考[字节码增强技术-Javassist][-Javassist]

**想要其他项目使用，我们还需完成以下几步：**

创建文件resources/META-INF/MANIFEST.MF,内容如下：

yaml复制代码Manifest-Version: 1.0  
    Can-Redefine-Classes: true  
    Can-Retransform-Classes: true  
    Premain-Class: com.example.MethodTimerAgent  
    Boot-Class-Path: javassist-3.28.0-GA.jar

pom文件增加下面配置

xml复制代码<build>  
        <plugins>  
            <plugin>  
                <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>  
                <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>  
                <version>2.4</version>  
                <configuration>  
                    <archive>  
                      
                    <manifestFile>${maven.configuration.manifestFile}</manifestFile>  
                    </archive>  
                </configuration>  
            </plugin>  
        </plugins>  
    </build>

## 使用 Java Agent ##

我们新建一个项目，增加一个测试类：

java复制代码public class TimeTest {  
        public static void main(String[] args) {  
            sayHello();  
        }  
    
        public static void sayHello() {  
            try {  
                Thread.sleep(2000);  
                System.out.println("hello world!!");  
            } catch (InterruptedException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
    }

要使用 Java Agent，你需要将代理类打包成 JAR 文件，并在启动 JVM 时使用 -javaagent 参数指定该 JAR 文件的路径。例如：

Java复制代码java -javaagent:path/to/agent.jar -jar your-application.jar

**我们这里直接在idea上测试：**

增加VM Options参数

![image.png][image.png 1]

由于我们使用到了javassist,需要**将javassist的jar与java-agent的jar放在一起**

![image.png][image.png 2]

最后我们运行我们的测试类TimeTest，结果如下：

![image.png][image.png 3]

可以看到方法执行耗时被打印出来了。

[image.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/fcb730671a0ca87bf75c97e5cee5205f.webp?x-oss-process=image/format,png
[get_code_ZTJiMGE4ZGQ2MjgyYTI2NmU5OWMwNDg1NDU5ZTQ0YWQsMTY5MjY3MjYzNzY3Ng]: https://mp.toutiao.com/mp/agw/article_material/open_image/get?code=ZTJiMGE4ZGQ2MjgyYTI2NmU5OWMwNDg1NDU5ZTQ0YWQsMTY5MjY3MjYzNzY3Ng==
[-Javassist]: https://juejin.cn/post/7267515069804855351
[image.png 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/3f6daf8c55ebdc17ab7550e2e462164b.webp?x-oss-process=image/format,png
[image.png 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/3ca7b86381e636a8434557098940ceda.webp?x-oss-process=image/format,png
[image.png 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/aa851d00ae33811ed37e24e4133f90ad.webp?x-oss-process=image/format,png