初探Java agent技术

前言

不知道各位小伙伴在此之前，是否有听过或者了解过agent相关技术，没有听说过也没有关系，我们今天的目的就是介绍agent的相关技术，探讨agent的应用场景，分享一些实际开发中的应用案例。

印象中，我第一次了解agent技术，是在分享skywalking这款工具的时候，skywalking与我们项目的绑定就是通过agent来实现的。好了，先说这么多，接下来我们就来详细介绍下agent的一些技术点。

Agent

Agent是什么

Agent中文含义代理，但是在java中我跟喜欢称它为探针而非代理，尽管他也属于代理技术，但是代理本身并不能体现agent的作用。

agent技术是在JDK1.5引入的，通过agent技术，我们可以构建一个独立于应用程序的代理程序，用来协助监测、运行甚至替换其他JVM上的程序。使用它可以实现虚拟机级别的AOP功能。

Agent分为两种，一种是在主程序之前运行的Agent，一种是在主程序之后运行的Agent（前者的升级版，1.6以后提供），稍后我们会有具体实例展示。

Agent能干什么

首先它最大的作用就是解耦，比如skywalking中的应用，我们不需要对我们的程序做任何修改，只需要通过agent技术引入skywalking的代理包即可；其次最常应用的场景就是jvm级的AOP，比如jvm的监测；另一种就是类似热部署这样的字节码动态操作。

Agent技术演示

说了这么多好多小伙伴肯定看的云里雾里的，接下来我们通过两个简单示例，来演示下Agent技术的神奇之处。

先看第一种，也就是在主程序之前运行的Agent。

在主程序之前运行的Agent

首先我们创建一个maven项目，编写这样一个Agent类：

import java.lang.instrument.Instrumentation;
/**
 * 在主程序之前运行的Agent
 */
public class PremainAgent {
    public static void premain(String preArgs, Instrumentation instrumentation) {
        System.out.println("premainAgent.premain start");
        System.out.println("preArgs: " + preArgs);
        Class[] allLoadedClasses = instrumentation.getAllLoadedClasses();
        for (Class allLoadedClass : allLoadedClasses) {
            System.out.println("premainAgent LoadedClass: " + allLoadedClass.getName());
        }
    }
}

这里的方法名和参数列表是固定的，根据方法名我们能看出这个方法应该是运行在main方法之前的，等下测试下就知道了。

接着，我们在pom.xml文件中增加如下内容：

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
            <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
            <version>2.4</version>
            <configuration>
                <archive>
                    <manifest>
                        <addClasspath>true</addClasspath>
                    </manifest>
                    <manifestEntries>
                        <Premain-Class>io.github.syske.agent.PremainAgent</Premain-Class>
                    </manifestEntries>
                </archive>
            </configuration>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

上面这些内容是配置我们构建时生成的MANIFEST文件，通常我们打的jar包都有这个文件。最核心的配置就是Premain-Class，这里配置的是我们探针的类名，如果没有这个配置，我们的premain方法是不会被识别的。

然后我们通过maven把我们当前项目打成一个jar包，打完包之后的jar文件如上图，打开MANIFEST.MF文件，你会发现我们指定的Premain-Class也被写入了，这时候我们的包就是打好了，下面就是运行测试了。

运行也很简单，只需要找到一个可运行的jar包，比如一个springboot项目的包，然后在jar文件的启动命令中，增加如下配置即可：

--javaagent:你的agent文件完整路径/agent文件名.jar
# 例如我的：D:workspacelearningexample-everydayexample-2021.07.02	argetexample-2021.07.02-1.0-SNAPSHOT.jar

这里我用之前的一个springboot项目演示：

java -javaagent:D:workspacelearningexample-everydayexample-2021.07.02	argetexample-2021.07.02-1.0-SNAPSHOT.jar -jar 

大家注意，在javaagent和agent文件之间不能有空格，否则会报如下错误

如果你的配置和启动命令都没有问题，在启动控制台应该会显示如下信息：

我们可以看到premain方法在我们springboot项目启动前被执行了，但是preArgs是null，这是由于我们没有注入参数，所以显示为空，我们可以通过这样的方式为preArgs注入参数：

java -javaagent:D:workspacelearningexample-everydayexample-2021.07.02	argetexample-2021.07.02-1.0-SNAPSHOT.jar=syske -jar  .springboot-learning-0.0.1-SNAPSHOT.jar

也就是在我们的agent包后面直接=需要注入的参数值就可以了，然后再次执行你会发现参数已经被注入了：

关于Instrumentation这个参数，今天先不讲了，我们说的字节码操都是基于这个参数进行操作的。下面我们看下第二种Agent

在主程序之后运行的Agent

相比第一种agent，第二种是在main方法启动后运行agent方法，而且这种方式应用最广泛，比如我们前面说的热部署，就是这种方式实现的，下来我们看下具体如何实现。

第一步，也是写Agent实现类：

public class AgentMain {
    public static void agentmain(String args, Instrumentation instrumentation) {
        System.out.println("AgentMainTest.agentmain start");
        System.out.println("args: " + args);
        Class[] allLoadedClasses = instrumentation.getAllLoadedClasses();
//        for (Class allLoadedClass : allLoadedClasses) {
        System.out.println("AgentMainTest LoadedClass: " + allLoadedClasses[0].getName());
//        }
    }
}

和第一种agent不一样的只有方法名，连参数都一幕一样，这里为了方便查看，我只打印了一行数据。然后我们还需要修改下maven的打包配置，需要把之前的Premain-Class标签改成Agent-Class，其他都一样：

然后再打包，但是这一次运行方式和第一次不一样，这里的agent要通过代码来启动。

我们创建一个测试类，写一个main方法，因为要用到tools包下的类，所以要先引入tools包：

测试类如下：

import com.sun.tools.attach.AgentInitializationException;
import com.sun.tools.attach.AgentLoadException;
import com.sun.tools.attach.AttachNotSupportedException;
import com.sun.tools.attach.VirtualMachine;
import com.sun.tools.attach.VirtualMachineDescriptor;

public class MainTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException, AttachNotSupportedException, AgentLoadException, AgentInitializationException {
        List<VirtualMachineDescriptor> machineDescriptorList = VirtualMachine.list();
        for (VirtualMachineDescriptor virtualMachineDescriptor : machineDescriptorList) {
            if ("io.github.syske.agent.MainTest".equals(virtualMachineDescriptor.displayName())) {
                String id = virtualMachineDescriptor.id();
                VirtualMachine virtualMachine = VirtualMachine.attach(id);
                virtualMachine.loadAgent("D:\workspace\learning\example-everyday\example-2021.07.02\target\example-2021.07.02-1.0-SNAPSHOT.jar",
                        "syske agentmain");
                virtualMachine.detach();
            }
        }
        System.out.println("MainTest start");
    }
}

这里解释下，VirtualMachine.list()是获取当前运行的所有jvm虚拟机，运行结果如下：

其中的VirtualMachineDescriptor包含如下信息：

我们需要从中拿出displayName为io.github.syske.agent.MainTest，也就是当前类的虚拟机描述信息，然后根据虚拟机id拿到对应虚拟机，然后为该虚拟机加载Agent包，同时我们还在加在Agent包的同时，传入了syske agentmain参数，这里的参数和我们第一种方式=的方式类似，就相当于给args赋值，然后断开虚拟机连接。

运行代码，结果如下：

根据运行结果，我们发现这种Agent并发是在main方法之后执行，而是可以在你任意需要的地方调用。相比于第一种，确实要灵活一些。

总结

Agent其实在日常开发中经常用到，但是由于我们大部分情况下都用的是继承开发环境，所以感知不强，像日志采集、热部署等基本上都是基于Agent来实现的。

当然，agent最大的好处在于，它可以有效解耦，实现jvm层面的AOP，而且它又支持字节码操作，如果你玩的够溜，你就可以实现更多强大功能，而且可玩性还高，简直可以为所欲为。

今天我们暂时就讲这么多，后面抽时间用agent实现一些具体的功能，比如字节码操作，让大家真正见识Agent的强大之处。