JVM中Instrumentation实现

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想必不少人听说过javaagent，但是很少人听说Instrumentation，其实Instrumentation就是javaagent的实现机制，说到Instrumentation，就必须想了解java的attach机制，那就先说下attach的实现。

大家进行jstack的时候，是不是经常看到两个线程Signal Dispatcher和Attach Listener线程，可能不知道是干嘛的吧，这两个线程是实现attach的关键所在，其中前者是在jvm启动的时候就会创建的，后者只有接收过attach请求的时候vm才会创建，顾名思义，Signal Dispatcher是分发信号的， Attach Listener 是处理attach请求的，那么两者有什么关系呢，当我们执行attach方法的时候，会向目标vm发出一个SIGQUIT 的信号，目标vm收到这个信号之后就会创建Attach Listener线程了，当然jvm保证了不会多创建。

Attach机制说得简单点就是提供A进程可以连上B进程（当然是java进程），创建socket进行通信，A通过发命令给B，B然后对命令进行截取从自己的vm中获取信息发回给客户端vm，但是并不是随便发指令都会处理的，那么attach Listener接收哪些命令呢，如下所示：

static AttachOperationFunctionInfo funcs[] = {  
  { "agentProperties",  get_agent_properties },  
  { "datadump",         data_dump },  
  { "dumpheap",         dump_heap },  
  { "load",             JvmtiExport::load_agent_library },  
  { "properties",       get_system_properties },  
  { "threaddump",       thread_dump },  
  { "inspectheap",      heap_inspection },  
  { "setflag",          set_flag },  
  { "printflag",        print_flag },  
  { "jcmd",             jcmd },  
  { NULL,               NULL }  
};

Instrumentation的实现其实主要使用了load这个指令，它用来实现让target vm动态加载agentlib，Instrumentation的实现在一个名为libinstrument.dylib的动态lib库，linux下是libinstrument.so，它是基于JVMTI接口实现的，因此在对其进行load的时候会创建一个agent实例，并往JVMTI环境注册一些回调方法，比如监听类文件加载的事件，vm初始化完成事件等，执行Agent_OnAttach,这里会创建一个Instrumentation实例并返回给用户供大家扩展Instrumentation，比如增加一些transform，并会执行Instrumentation实例的 loadClassAndCallAgentmain方法，该方法主要执行agent的MF文件里定义的 Agent-Class类的agentmain方法，当vm初始化完毕之后，会调用loadClassAndCallPremain方法,该方法主要执行agent的MF文件里定义的Agent-Class类的premain方法。在类进行加载的时候会调用Instrumentation的transform方法，可以看看参数里有个byte数组，这个数组其实就是正在加载的class字节码，所以如果要字节码增强在这里就可以入手啦，甚至可以实现偷天换日。

如果在vm启动过程中加载agent，那么会在vm初始化过程中先执行libinstrument.dylib里InvocationAdapter.c的Agent_OnLoad方法，该方法主要：实例化agent，解析agent的MF文件，将相关属性取出来，并注册JVMTI的一些回调函数，在vm初始化完成之后，会通过回调函数去实例化Instrumentation实现对象，设置ClassFileLoadHook函数，并调用Pre-Main指定类的premain方法。

如果在运行期通过attach api来load agent，那么会在收到load指令之后，会调用InvocationAdapter.c的Agent_OnAttach方法，其实现基本和Agent_OnLoad一致，只是会调用Agent-Class的agentmain方法，还有点不同就是对vm init事件没有再关注（都运行期了，关注也没用），而是直接对ClassFileLoad关注，也不会再调用Pre-Main指定的类的premain方法（顾名思义，是在执行main方法之前执行的，所以运行期搞执行Pre-Main的class也不妥）。

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