Java字节码增强技术介绍

作者|田西西

本篇文章主要介绍 java instrument和 ASM，文中部分内容来自Java API doc和 ASM user guide。有兴趣深入研究的同学可以从这两份资料获取更详细的内容。关于工具的具体使用场景和落地，后续会有文章逐步展开，欢迎大家持续关注。

字节码增强应用Jacoco

下图是Jacoco代码覆盖率报告。Jacoco如何感知每行代码的执行情况？

下图左侧是从jvm中dump开启Jacoco的代码，右侧为未开启Jacoco，源码为上图中代码：

从图中代码可看出，左侧class多了Jacoco的探针代码。那么Jacoco是如何在程序启动时加入探针的？（Jacoco使用的on-the-fly插桩模式）

类似的还有无源码侵入监控工具、线上热修复功能，是如何在程序启动时或者程序启动后改变原有的代码逻辑？

Java instrument

1、Java instrument介绍

Java.lang.instrument包提供通过 Java代理检测运行在 JVM 上程序的服务。检测机制是对方法的字节码进行修改。Java代理通过jar文件进行部署，可在通过命令行在启动程序的时候加载代理，也可以在JVM启动后加载代理。后续主要介绍通过命令行方式启动。

2、通过命令行启动代理

     -javaagent: jarpath[ = options] 将此段命令添加至命令行以启动代理。jarpath 是代理jar文件路径，options是参数（非必须），此段代码可以同时使用多次以启动多个代理。

3、代理jar的组成

1）premain方法

/**

*高优先级

*/

public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst);

/**

*优先级低，如果代理类没有高优先级方法才会调用当前方法

*/

public static void premain(String agentArgs);

agentArgs为命令行中options的内容，代理中通过agentArgs获取options中的内容来获取配置信息，并根据配置的内容执行配置对应的逻辑。

2）Manifest 文件

字节码编辑

1、方法

   通过实现ClassFileTransformer接口实现类文件转换，通过实现ClassFileTransformer接口的transform方法转换类并返回一个新类，转换器通过Instrumentation的addTransformer方法注册，如果不转换则transform方法返回null

transform方法参数：

2、字节码编辑工具

     ASM是一个java字节码编辑工具，它可以用来修改现有的类也可以直接以二进制形式动态生成类。Jacoco覆盖率分析就是通过ASM进行插桩。另外还有一些mock工具如Mockito

3、例子

1）修改class version

• code

• 时序图

2）在method头部及结尾处添加代码

3）ASM Bytecode Viewer

Intellij插件ASM Bytecode Viewer可以查看class的bytecode和ASMified code

• Java code

• Byte code

• ASMified

• ASM访问代码时序图
  

应用

可以在程序启时插入hook代码做到在无源码侵入的情况下加入新功能例如：

• 性能监控

• 埋点

• 热修复

• 故障注入

• mock

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