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資訊專欄INFORMATION COLUMN

UAV MOF工作原理之Agent注入機制原理

atinosun / 1539人閱讀

摘要：注入機制作為工作的基礎(chǔ)，也為無侵入捕獲應(yīng)用數(shù)據(jù)提供可能。代碼注入機制結(jié)合和技術(shù)，在應(yīng)用字節(jié)碼加載到之前進行字節(jié)碼改寫。當(dāng)然，修改字節(jié)碼文件流的動作是在中進行的。

UAVStack的中間件增強框架專題（MOF）】為大家詳細講述UAV中的MOF Agent是如何借助javaagent（premain）和javaassist技術(shù)在對應(yīng)用無侵入的前提下完成數(shù)據(jù)捕獲的。歡迎繼續(xù)關(guān)注UAVStack，了解UAV更多的技術(shù)創(chuàng)新。

前言

MOF（Moniter Framwork）作為UAV應(yīng)用數(shù)據(jù)捕獲框架，不但實現(xiàn)了對應(yīng)用無侵入的數(shù)據(jù)捕獲，而且在框架層面實現(xiàn)了功能的靈活控制，并且保證了良好的可擴展性，在UAV中具有舉足輕重的地位。

MOF Agent注入機制作為UAV MOF工作的基礎(chǔ)，也為UAV無侵入捕獲應(yīng)用數(shù)據(jù)提供可能。UAV Agent代碼注入機制結(jié)合javaagent（premain）和javaassist技術(shù)，在應(yīng)用字節(jié)碼加載到JVM之前進行字節(jié)碼改寫。通過適配器適配（adaptor）不同應(yīng)用服務(wù)器，目前支持的包括Tomcat（6+）、SpringBoot、Jetty（7+）等，結(jié)合攔截器（interceptor）實現(xiàn)對不同應(yīng)用服務(wù)器切點，為MOF框架和應(yīng)用數(shù)據(jù)捕獲提供基礎(chǔ)。

Java Agent技術(shù)

自JDK1.5開始, JDK中引入了java.lang.Instrument包，提供在Java程序類加載之前修改class字節(jié)碼和運行時動態(tài)修改系統(tǒng)中Class類型的能力，其中一個核心概念即Java Agent，可以理解為一個字節(jié)碼轉(zhuǎn)換器或者Class對象轉(zhuǎn)換器。針對字節(jié)碼轉(zhuǎn)化和Class對象轉(zhuǎn)化，Java agent分別提供了相應(yīng)的方式，即Java agent premain方式和Java agent agentmain方式。UAV MOF使用的是Java agent premain方式，因此本文主要講解該轉(zhuǎn)化方式。

Java agent premain方式提供了在字節(jié)碼class文件被JVM加載之前攔截并修改的神奇能力，目前基本所有基于探針的監(jiān)控系統(tǒng)（如ONEAPM Servers）都是基于這種能力實現(xiàn)的對應(yīng)用的無侵入監(jiān)控。Java agent premain中有兩個重要的概念，分別是premain和transformer。

premain將在程序的main方法之前執(zhí)行，我們知道程序的入口是main方法，premain代表了在程序正式啟動之前執(zhí)行的動作，具備類似AOP的能力。transformer，寓意轉(zhuǎn)化器，提供字節(jié)碼文件流轉(zhuǎn)化的能力。

圖1 Class文件轉(zhuǎn)化圖

集合premain和transformer兩大神器，可以對加載進JVM的任意Class文件進行修改。其流程如圖1所示，任何Class文件加載時候，都要經(jīng)過premain這一關(guān)卡，通過一系列的transformer，Class字節(jié)碼文件流最終變成那個完美的它，然后被加載到JVM中。當(dāng)然，修改Class字節(jié)碼文件流的動作是在transformer中進行的。這就有個問題，拿到了字節(jié)碼文件流，怎么修改呢？當(dāng)然是發(fā)揮人類的特長，借助工具，比如說javassist。

Javassist技術(shù)

Javaassist是一個開源的分析、編輯和創(chuàng)建Java字節(jié)碼的類庫，能運行時動態(tài)生成類，修改類，并且能直接使用java編碼。

前文Java agent技術(shù)中，在transformer中拿到了類的字節(jié)碼文件流，利用Javaassist解析字節(jié)碼流為類對象，并對其進行修改，非?？焖俦憬荨avassist與Java agent結(jié)合將事半功倍。關(guān)于Javaassist的使用還請參考官網(wǎng)http://www.javassist.org。

MOF Agent注入機制

前文中介紹了一對好伙伴：Javaagent技術(shù)和Javassit技術(shù)。Java agent負(fù)責(zé)攔截和轉(zhuǎn)換字節(jié)碼流，轉(zhuǎn)換的過程中使用Javaassist進行解析和修改。此兩者技術(shù)為MOF Agent注入機制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。相信小伙伴對MOF Agent注入機制已經(jīng)有了一定了猜想。

圖2為MOF Agent的組件圖，MOFAgent基于java agent premain技術(shù)實現(xiàn)，攔截所有加載的Class字節(jié)碼文件流；并通過UAV的transformer（MOFClsTransformer）進行字節(jié)碼劫持和轉(zhuǎn)化。UAV做的不僅僅是這些，還能自動感知不同應(yīng)用服務(wù)器，并對不同應(yīng)用服務(wù)器生命周期中的重要位置注入切點。UAV通過適配器（Adaptor）進行不同應(yīng)用服務(wù)適配，通過攔截器（interceptor）進行具體的切點注入實現(xiàn)。

圖2 MOF Agent組件圖

MOFAgent注入機制將對應(yīng)用服務(wù)器生命周期中關(guān)鍵位置注入切點，為MOF框架初始化、應(yīng)用的畫像信息和實時監(jiān)控數(shù)據(jù)信息捕獲提供基礎(chǔ)。MOF Agent注入的不同切點會產(chǎn)生不同的事件，通過事件驅(qū)動后續(xù)MOF框架。MOF支持的主要切點如下：

應(yīng)用服務(wù)器入口

應(yīng)用服務(wù)器入口切點，UAV將完成MOF Jar包加載和配置文件初始化；

應(yīng)用服務(wù)器啟動

應(yīng)用服務(wù)器啟動時，切將保證UAV MOF將隨應(yīng)用服務(wù)器啟動完成MOF內(nèi)部代碼的自啟動和初始化；

應(yīng)用服務(wù)器請求處理和回復(fù)

應(yīng)用服務(wù)器請求和回復(fù)切點，是UAV對應(yīng)用實時監(jiān)控數(shù)據(jù)捕獲的重要切點，監(jiān)控應(yīng)用服務(wù)器，應(yīng)用，所有的URL的性能指標(biāo)；

應(yīng)用初始化

應(yīng)用初始化切點時，UAV將對應(yīng)用的Filter進行改寫，支持MOF的Global Filter機制；同時完成對應(yīng)用畫像信息進行捕獲等；

應(yīng)用停止

應(yīng)用停止時切點，UAV將完成MOF相關(guān)機制的停止等操作

本文主要目的是讓讀者了解UAV MOF Agent代碼注入機制原理和相關(guān)實現(xiàn)。MOF中其它重要框架及其實現(xiàn)原理將會在后續(xù)文章中依次剖析，敬請期待。
宜信技術(shù)學(xué)院

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