Java探針參考：Java探針技術在應用安全領域的新突破
最近面試阿里，面試官先是問我類加載的流程，然后問了個問題，能否在加載類的時候，對字節碼進行修改
我懵逼了，答曰不知道，面試官說可以的，使用Java探針技術，能夠實現
我查了一下關於探針技術的知識：
2. 基於javaAgent和Java字節碼注入技術的java探針工具技術原理
圖0-0：動態代理功能實現說明
我們利用javaAgent和ASM字節碼技術開發java探針工具，實現原理如下：
jdk1.5以后引入了javaAgent技術，javaAgent是運行方法之前的攔截器。我們利用javaAgent和ASM字節碼技術，在JVM加載class二進制文件的時候，利用ASM動態的修改加載的class文件，在監控的方法前后添加計時器功能，用於計算監控方法耗時，同時將方法耗時及內部調用情況放入處理器，處理器利用棧先進后出的特點對方法調用先后順序做處理，當一個請求處理結束后，將耗時方法軌跡和入參map輸出到文件中，然后根據map中相應參數或耗時方法軌跡中的關鍵代碼區分出我們要抓取的耗時業務。最后將相應耗時軌跡文件取下來，轉化為xml格式並進行解析，通過瀏覽器將代碼分層結構展示出來，方便耗時分析，如圖0-1所示。
圖0-1：java探針工具原理圖
Java探針工具功能點:
1、支持方法執行耗時范圍抓取設置，根據耗時范圍抓取系統運行時出現在設置耗時范圍的代碼運行軌跡。
2、支持抓取特定的代碼配置，方便對配置的特定方法進行抓取，過濾出關系的代碼執行耗時情況。
3、支持APP層入口方法過濾，配置入口運行前的方法進行監控，相當於監控特有的方法耗時，進行方法專題分析。
4、支持入口方法參數輸出功能，方便跟蹤耗時高的時候對應的入參數。
5、提供WEB頁面展示接口耗時展示、代碼調用關系圖展示、方法耗時百分比展示、可疑方法凸顯功能。
下面看個例子：
第一篇：
JavaAgent 是JDK 1.5 以后引入的，也可以叫做Java代理。
JavaAgent 是運行在 main方法之前的攔截器，它內定的方法名叫 premain ，也就是說先執行 premain 方法然后再執行 main 方法。
那么如何實現一個 JavaAgent 呢？很簡單，只需要增加 premain 方法即可。
看下面的代碼和代碼中的注釋說明：
先寫一個premain方法：
package agent; import java.lang.instrument.Instrumentation; public class pre_MyProgram { /** * 該方法在main方法之前運行，與main方法運行在同一個JVM中 * 並被同一個System ClassLoader裝載 * 被統一的安全策略(security policy)和上下文(context)管理 * * @param agentOps * @param inst * @author SHANHY * @create 2016年3月30日 */ public static void premain(String agentOps,Instrumentation inst){ System.out.println("====premain 方法執行"); System.out.println(agentOps); } /** * 如果不存在 premain(String agentOps, Instrumentation inst) * 則會執行 premain(String agentOps) * * @param agentOps * @author SHANHY * @create 2016年3月30日 */ public static void premain(String agentOps){ System.out.println("====premain方法執行2===="); System.out.println(agentOps); } public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub } }
寫完這個類后，我們還需要做一步配置工作。
在 src 目錄下添加 META-INF/MANIFEST.MF 文件，內容按如下定義：
Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: agent.pre_MyProgram
Can-Redefine-Classes: true
要特別注意，一共是四行，第四行是空行，還有就是冒號后面的一個空格，如下截圖： 
然后我們打包代碼為 pre_MyProgram.jar
注意打包的時候選擇我們自己定義的 MANIFEST.MF ,這是導出步驟：
(1)
（2） 注意選擇pre的MF文件
接着我們在創建一個帶有main方法的主程序工程，截圖如下： 
這時候別忘了：
main函數也有MF文件：別寫錯了，不然導出報錯：No main manifest attribute(說明MF文件寫錯了)
Manifest-Version: 1.0
Main-Class: alibaba.MyProgram
按同樣的方法導出main的jar包命名為：MyProgram.jar
如下：
選擇它的MF文件：
如何執行 MyProgram.jar ？我們通過 -javaagent 參數來指定我們的Java代理包，值得一說的是 -javaagent 這個參數的個數是不限的，如果指定了多個，則會按指定的先后執行，執行完各個 agent 后，才會執行主程序的 main 方法。
命令如下：
C:\WINDOWS\system32>java -javaagent:C:\Users\z003fe9c\Desktop\tessdata\agent\pre
_MyProgram.jar=Hello1 -javaagent:C:\Users\z003fe9c\Desktop\tessdata\agent\pre_My
Program.jar=Hello2 -jar C:\Users\z003fe9c\Desktop\tessdata\agent\MyProgram.jar
輸出結果：
====premain 方法執行 Hello1 ====premain 方法執行 Hello2 =========main方法執行====
特別提醒：
（1）如果你把 -javaagent 放在 -jar 后面，則不會生效。也就是說，放在主程序后面的 agent 是無效的。
比如執行：
java -javaagent:G:\myagent.jar=Hello1 -javaagent:G:\myagent.jar=Hello2 -jar myapp.jar -javaagent:G:\myagent.jar=Hello3
(2)如果main函數忘了選擇MF文件或是MF文件選擇的不對，就會報錯：
只會有前個生效，第三個是無效的。
命令中的Hello1為我們傳遞給 premain 方法的字符串參數。
至此，我們會使用 javaagent 了，但是單單看這樣運行的效果，好像沒有什么實際意義嘛。
我們可以用 javaagent 做什么呢？下篇文章我們來介紹如何在項目中應用 javaagent。
最后說一下，還有一種，在main方法執行后再執行代理的方法，因為不常用，而且主程序需要配置 Agent-Class，所以不常用，如果需要自行了解下 agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) 方法。
第二篇：
從此處開始，到最后，是我直接復制了其他人員的，因為我自己的一直沒有調試出來，不過思路清楚了：
第二篇可以直接看別人的 JavaAgent 應用（spring-loaded 熱部署），以下的可以忽略掉：
上一篇文章簡單介紹了 javaagent ，想了解的可以移步 “JavaAgent”
本文重點說一下，JavaAgent 能給我們帶來什么？
- 自己實現一個 JavaAgent xxxxxx
- 基於 JavaAgent 的 spring-loaded 實現 jar 包的熱更新，也就是在不重啟服務器的情況下，使我們某個更新的 jar 被重新加載。
一、基於 JavaAgent 的應用實例
JDK5中只能通過命令行參數在啟動JVM時指定javaagent參數來設置代理類，而JDK6中已經不僅限於在啟動JVM時通過配置參數來設置代理類，JDK6中通過 Java Tool API 中的 attach 方式，我們也可以很方便地在運行過程中動態地設置加載代理類，以達到 instrumentation 的目的。
Instrumentation 的最大作用，就是類定義動態改變和操作。
最簡單的一個例子，計算某個方法執行需要的時間，不修改源代碼的方式，使用Instrumentation 代理來實現這個功能，給力的說，這種方式相當於在JVM級別做了AOP支持，這樣我們可以在不修改應用程序的基礎上就做到了AOP，是不是顯得略吊。
- 創建一個 ClassFileTransformer 接口的實現類 MyTransformer
實現 ClassFileTransformer 這個接口的目的就是在class被裝載到JVM之前將class字節碼轉換掉，從而達到動態注入代碼的目的。那么首先要了解MonitorTransformer 這個類的目的，就是對想要修改的類做一次轉換，這個用到了javassist對字節碼進行修改，可以暫時不用關心jaavssist的原理，用ASM同樣可以修改字節碼，只不過比較麻煩些。
接着上一篇文章的2個工程，分別添加下面的類。
MyTransformer.java 添加到 MyAgent 工程中。
package com.shanhy.demo.agent; import java.lang.instrument.ClassFileTransformer; import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException; import java.security.ProtectionDomain; import java.util.ArrayList; import java.util.HashMap; import java.util.List; import java.util.Map; import javassist.ClassPool; import javassist.CtClass; import javassist.CtMethod; import javassist.CtNewMethod; /** * 檢測方法的執行時間 * * @author 單紅宇(365384722) * @myblog http://blog.csdn.net/catoop/ * @create 2016年3月30日 */ public class MyTransformer implements ClassFileTransformer { final static String prefix = "\nlong startTime = System.currentTimeMillis();\n"; final static String postfix = "\nlong endTime = System.currentTimeMillis();\n"; // 被處理的方法列表 final static Map<String, List<String>> methodMap = new HashMap<String, List<String>>(); public MyTransformer() { add("com.shanhy.demo.TimeTest.sayHello"); add("com.shanhy.demo.TimeTest.sayHello2"); } 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 { className = className.replace("/", "."); if (methodMap.containsKey(className)) {// 判斷加載的class的包路徑是不是需要監控的類 CtClass ctclass = null; try { ctclass = ClassPool.getDefault().get(className);// 使用全稱,用於取得字節碼類<使用javassist> for (String methodName : methodMap.get(className)) { String outputStr = "\nSystem.out.println(\"this method " + methodName + " cost:\" +(endTime - startTime) +\"ms.\");"; CtMethod ctmethod = ctclass.getDeclaredMethod(methodName);// 得到這方法實例 String newMethodName = methodName + "$old";// 新定義一個方法叫做比如sayHello$old ctmethod.setName(newMethodName);// 將原來的方法名字修改 // 創建新的方法，復制原來的方法，名字為原來的名字 CtMethod newMethod = CtNewMethod.copy(ctmethod, methodName, ctclass, null); // 構建新的方法體 StringBuilder bodyStr = new StringBuilder(); bodyStr.append("{"); bodyStr.append(prefix); bodyStr.append(newMethodName + "($$);\n");// 調用原有代碼，類似於method();($$)表示所有的參數 bodyStr.append(postfix); bodyStr.append(outputStr); bodyStr.append("}"); newMethod.setBody(bodyStr.toString());// 替換新方法 ctclass.addMethod(newMethod);// 增加新方法 } return ctclass.toBytecode(); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); e.printStackTrace(); } } return null; } }
TimeTest.java 添加到 MyProgram 工程中。
package com.shanhy.demo; /** * 被測試類 * * @author 單紅宇(365384722) * @myblog http://blog.csdn.net/catoop/ * @create 2016年3月30日 */ public class TimeTest { public static void main(String[] args) { sayHello(); sayHello2("hello world222222222"); } public static void sayHello() { try { Thread.sleep(2000); System.out.println("hello world!!"); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } public static void sayHello2(String hello) { try { Thread.sleep(1000); System.out.println(hello); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
修改MyAgent.java 的 permain 方法，如下：
public static void premain(String agentOps, Instrumentation inst) { System.out.println("=========premain方法執行========"); System.out.println(agentOps); // 添加Transformer inst.addTransformer(new MyTransformer()); }
修改MANIFEST.MF內容，增加 Boot-Class-Path 如下：
Manifest-Version: 1.0 Premain-Class: com.shanhy.demo.agent.MyAgent Can-Redefine-Classes: true Boot-Class-Path: javassist-3.18.1-GA.jar
對2個工程分別打包為 myagent.jar 和 myapp.jar 然后將 javassist-3.18.1-GA.jar 和 myagent.jar 放在一起。
最后執行命令測試，結果如下：
G:\>java -javaagent:G:\myagent.jar=Hello1 -jar myapp.jar =========premain方法執行======== Hello1 hello world!! this method sayHello cost:2000ms. hello world222222222 this method sayHello2 cost:1000ms.
二、使用 spring-loaded 實現 jar 包熱部署
在項目開發中我們可以把一些重要但又可能會變更的邏輯封裝到某個 logic.jar 中，當我們需要隨時更新實現邏輯的時候，可以在不重啟服務的情況下讓修改后的 logic.jar 被重新加載生效。
spring-loaded是一個開源項目，項目地址:https://github.com/spring-projects/spring-loaded
使用方法：
在啟動主程序之前指定參數在啟動主程序之前指定參數
-javaagent:C:/springloaded-1.2.5.RELEASE.jar -noverify
如果你想讓 Tomat 下面的應用自動熱部署，只需要在 catalina.sh 中添加：
set JAVA_OPTS=-javaagent:springloaded-1.2.5.RELEASE.jar -noverify
這樣就完成了 spring-loaded 的安裝，它能夠自動檢測Tomcat 下部署的webapps ，在不重啟Tomcat的情況下，實現應用的熱部署。
通過使用 -noverify 參數，關閉 Java 字節碼的校驗功能。
使用參數 -Dspringloaded=verbose;explain;watchJars=tools.jar 指定監視的jar （verbose;explain; 非必須），多個jar用“冒號”分隔，如 watchJars=tools.jar:utils.jar:commons.jar
當然，它也有一些小缺限：
1. 目前官方提供的1.2.4 版本在linux上可以很好的運行，但在windows還存在bug，官網已經有人提出：https://github.com/spring-projects/spring-loaded/issues/145
2. 對於一些第三方框架的注解的修改，不能自動加載，比如：spring mvc的@RequestMapping
3. log4j的配置文件的修改不能即時生效。