前言
分布式链路追踪中为了获取服务之间调用链信息，采集器通常需要在方法的前后做埋点。在 Java 生态中，常见的埋点方式有两种：
- 依赖 SDK 手动埋点；
- 利用 Java Agent 技术来做无侵入埋点。
我们所熟知的分布式监控系统，是 Zipkin 开始的，最经典的是搞懂 X-B3 Ttrace 协议，使用 Brave SDK，手动埋点生成 Trace。但是 SDK 埋点的方式，对业务代码存在侵入性，当升级埋点时，必须要做代码的变更。
那么如何和业务逻辑解绑呢？
Java 还提供了另外一种方式：依赖 Java Agent 技术，修改目标方法的字节码，做到无侵入的埋点。这种利用 Java Agent 的方式的采集器，也叫做探针。在应用程序启动时使用 -javaagent 参数 ，或者运行时使用 attach(pid) 方式，就可以将探针包注入目标应用程序，完成埋点的植入。对业务代码无侵入的方式，可以做到无感的热升级。用户不需要理解深层的原理，就可以使用完整的监控服务
关于字节码的基础知识可以参考美团的这篇文章：
Java Agent 简介
Java Agent 是 Java 1.5 版本之后引⼊的特性，其主要作⽤是在 class 被加载之前对其拦截，已插⼊我们的监听字节码。使用 Java 的Instrumentation 接口（java.lang.instrument）来编写 Agent。
基本的思路是在 JVM 启动的时候添加一个代理（Java Agent），每个代理是一个 Jar 包，其 MANIFEST.MF 文件里指定了代理类，这个代理类包含一个 premain 方法。JVM 在类加载时候会先执行代理类的 premain 方法，再执行 Java 程序本身的 main 方法，这就是 premain 名字的来源。在 premain 方法中可以对加载前的 class 文件进行修改。
这种机制可以认为是虚拟机级别的 AOP，无需对原有应用做任何修改，就可以实现类的动态修改和增强。
从 JDK 1.6 开始支持更加强大的动态 Instrument，在JVM 启动后通过 Attach(pid) 远程加载。
注意：
无论是通过 Native 的方式还是通过 Java Instrumentation 接口的方式来编写 Agent，它们的工作都是借助 JVMTI 来进行完成。JVMTI 是一套 Native 接口，在 Java 1.5 之前，要实现一个 Agent 只能通过编写Native 代码来实现。
Java Instrumentation 核心方法
Instrumentation 是 java.lang.instrument 包下的一个接口，这个接口的方法提供了注册类文件转换器、获取所有已加载的类等功能，允许我们在对已加载和未加载的类进行修改，实现 AOP、性能监控等功能。
常用方法：
/**
* 为 Instrumentation 注册一个类文件转换器，可以修改读取类文件字节码
*/
void addTransformer(ClassFileTransformer transformer, boolean canRetransform);
/**
* 对JVM已经加载的类重新触发类加载
*/
void retransformClasses(Class<?>... classes) throws UnmodifiableClassException;
/**
* 获取当前 JVM 加载的所有类对象
*/
Class[] getAllLoadedClasses()它的 addTransformer 给 Instrumentation 注册一个 transformer，transformer 是 ClassFileTransformer 接口的实例，这个接口就只有一个 transform 方法，调用 addTransformer 设置 transformer 以后，后续 JVM 加载所有类之前都会被这个 transform 方法拦截，这个方法接收原类文件的字节数组，返回转换过的字节数组，在这个方法中可以做任意的类文件改写。
public class MyClassTransformer implements ClassFileTransformer {
@Override
public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classBytes) throws IllegalClassFormatException {
// 在这里读取、转换类文件
return classBytes;
}
}
Java Agent 核心流程
Java Agent 装载时序图（premain）：
Class 装载时序图：
Java Agent 所使用的 Instrumentation 依赖 JVMTI 实现，当然也可以绕过 Instrumentation 直接使用 JVMTI 实现 Agent。JVMTI 与 JDI 组成了 Java 平台调试体系（JPDA）的主要能力。
Java Agent 使⽤
Java Agent 其实就是⼀个特殊的 Jar 包，它并不能单独启动的，而必须依附于一个 JVM 进程，可以看作是 JVM 的一个寄生插件，使用 Instrumentation 的 API 用来读取和改写当前 JVM 的类文，通过 -javaagent:xxx.jar 引⼊⽬标应⽤。
那这个Jar 和 普通的 Jar 有什么区别么？
Agent 需要打包成一个jar包，在 Maininfe.MF 属性中指定“Premain-Class”或者“Agent-Class”,且需根据需求定义 Can-Redefine-Classes 和 Can-Retransform-Classes。
Java Agent Jar 包 MANIFEST.MF 配置参数：
Manifest-Version: 1.0
#动态 agent 类
Agent-Class: com.zuozewei.javaagent01.Agent
#静态 agent 类
Premain-Class: com.zuozewei.javaagent01.Agent
是否允许重复装载
Can-Redefine-Classes: true
Can-Retransform-Classes: true
Created-By: Apache Maven 3.3.9
Build-Jdk: 1.8.0_112demo 预演
1、创建 POM 项目 Java Agent，项目结构如下：
2、修改 pom 文件：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<parent>
<artifactId>parent</artifactId>
<groupId>com.zuozewei</groupId>
<version>1.0-SNAPSHOT</version>
</parent>
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<packaging>jar</packaging>
<artifactId>javaagent01</artifactId>
<build>
<finalName>agent</finalName>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
<version>2.3.1</version>
<configuration>
<archive>
<manifestFile>src/main/resources/META-INF/MANIFEST.MF</manifestFile>
</archive>
</configuration>
</plugin>
<plugin>
<artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
<configuration>
<outputDirectory>${basedir}</outputDirectory>
<archive>
<index>true</index>
<manifest>
<addClasspath>true</addClasspath>
</manifest>
<manifestEntries>
<Premain-Class>com.zuozewei.javaagent01.Agent</Premain-Class>
</manifestEntries>
</archive>
<descriptorRefs>
<descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
</descriptorRefs>
</configuration>
</plugin>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
<configuration>
<source>1.7</source>
<target>1.7</target>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
</project>
3、创建 AgentMain 类，实现控制台打印，addTransformer 给 Instrumentation 注册一个 transformer。
package com.zuozewei.javaagent01;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
public class Agent {
// public static void premain(String agentArgs) {
// System.out.println("我是一个萌萌哒的 Java Agent");
// try {
// Thread.sleep(2000L);
// } catch (InterruptedException e) {
// e.printStackTrace();
// }
// }
public static void premain(String agentArgs, Instrumentation instrumentation) {
instrumentation.addTransformer(new ClassFileTransformerDemo());
System.out.println("7DGroup Java Agent");
}
}4、创建 ClassFileTransformerDemo 类，拦截并打印所有类名。
package com.zuozewei.javaagent01;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.security.ProtectionDomain;
public class ClassFileTransformerDemo implements ClassFileTransformer {
public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) {
System.out.println("className: " + className);
if (!className.equalsIgnoreCase("com/zuozewei/Dog")) {
return null;
}
return getBytesFromFile("/Users/zuozewei/IdeaProjects/javaagent/example01/target/classes/com/zuozewei/Dog.class");
}
public static byte[] getBytesFromFile(String fileName) {
File file = new File(fileName);
try (InputStream is = new FileInputStream(file)) {
// precondition
long length = file.length();
byte[] bytes = new byte[(int) length];
// Read in the bytes
int offset = 0;
int numRead = 0;
while (offset <bytes.length
&& (numRead = is.read(bytes, offset, bytes.length - offset)) >= 0) {
offset += numRead;
}
if (offset < bytes.length) {
throw new IOException("Could not completely read file "
+ file.getName());
}
is.close();
return bytes;
} catch (Exception e) {
System.out.println("error occurs in _ClassTransformer!"
+ e.getClass().getName());
return null;
}
}
}5、定义需要修改的项目 example01
6、实现需要修改的类的。
main：
package com.zuozewei;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("7DGroup");
System.out.println(new Dog().hello());
// System.out.println(new Cat().hello());
}
}Dog:
package com.zuozewei;
public class Dog {
public int hello() {
return 0;
}
}7、运行 example01 的 main 方法：
8、打包 javaagent 项目生成 jar 文件，并将 java 文件同 example01 项目的 jar 放在同一个目录下如上图（放在同一个目录为了方便执行）
执行如下命令：
java -jar -javaagent:agent.jar example.jar
实现了我们的功能，执行结果如下：
总结
本文详细介绍 Java Agent 启动加载实现字节码增强关键技术的实现细节，字节码增强技术为测试人员进行性能监控提供了一种新的思路。目前众多开源监控产品已经提供了丰富的 Java 探针库，作为监控服务的提供者，进一步降低了开发成本，不过开发门槛比较高，对测试人员来说有很大的一部分的学习成本。
源码地址：
