📚《深入浅出JVM字节码》

《Java虚拟机字节码：从入门到实战》的开源版本。作者通过自己的实战经验，整合出一套适合新手的高效学习教程。归纳并提炼知识点，制定合理路线，帮助读者更快掌握核心技术。

JavaAgent入门级项目Beemite

Beemite1是笔者刚开始学习JVM字节码时的一个实战Demo级项目，该项目采用javaagent+asm动态字节码插桩实现业务代码调用链监控，适合新手入门学习。

Beemite分两个版本：

  • 旧版本：master分支，写于2018年年底，实现在类加载之前改写字节码，插入埋点；
  • 新版本：agentmain分支，使用Attach API，在Java程序运行期间改写字节码，重新加载类。

主要实现的功能有：

  • 业务代码调用链插桩，在方法执行之前拦截获取类名、方法名，方法调用的参数，在方法执行异常时，获取到异常信息；
  • 为统计方法执行时间插入埋点，在方法执行之前和返回之前获取系统时间。

使用方法

旧版本

1、将bee-mite模块执行maven package进行打包，获取jar包的绝对路径。

2、以项目中提供的demo为例，在IDEA中，在bee-mite-webdemo项目下，点击锤子->Edit Config....-> VM options ->输入下面内容

-javaagent:/MyProjects/asm-aop/insert-pile/target/bee-mite-1.2.0-jar-with-dependencies.jar=com.wujiuye

等号后面是参数，意思是改写哪个包下的类。

如果报如下异常：

java.lang.VerifyError: Expecting a stackmap frame at branch target 18

jdk1.8可以添加参数：-noverify解决

-noverify -javaagent:/MyProjects/asm-aop/insert-pile/target/insert-pile-1.0-SNAPSHOT.jar=com.wujiuye

新版本

  • 1、先将bee-mite模块执行maven package进行打包；
  • 2、将bee-mite-boot模块打包，或者直接在idea中启动。

bee-mite-boot这个模块只有一个类，就是BeemiteBoot，它的作用就是查询系统当前有哪些java进程，获取到进程的id，然后根据进程id，将上一步编译的bee-mite的jar包加载到目标进程。

需要告诉BeemiteBoot，bee-mite的jar包放在哪里，就是bee-mite的jar包的绝对路径。目前我是写死在代码中的，可以通过修改代码替换。

try {
    vm.loadAgent("/Users/wjy/MyProjects/beemite/bee-mite/target/bee-mite-1.2.0-jar-with-dependencies.jar", pageckName + "`" + plus);
} finally {
    vm.detach();
}

当BeemiteBoot启动起来之后，就可以根据提示一步步操作了。

找到如下Java进程，请选择：
[1] 2352	
[2] 3818	com.wujiuye.ipweb.DemoAppcliction
[3] 3595	org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer36
[4] 3821	org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher

选择对应进程之后，会提示输入目标进程的应用包名，目的是过滤只改写指定包名下的类。

应用的包名：
com.wujiuye

输入包名后会提示选择插件，目前就两个插件，一个是监控调用链的，另一个是打印方法执行耗时的，多可选。

选择插件：
1	打印调用链路插件
2	打印方法执行耗时插件
结束请输入：0

完成后，就已经成功将bee-mite的jar包加载到目标进程了。

结果展示

bee-mite-boot是一个web项目，在浏览器中输入http://127.0.0.1:8080/user/wujiuye/25，即可看到插桩后输出的日记

[接收到事件，打印日记]savaFuncStartRuntimeLog[null,com/wujiuye/ipweb/handler/UserHandler,queryUser,1585486646788]
[接收到事件，打印日记]savaBusinessFuncCallLog[null,com/wujiuye/ipweb/handler/UserHandler,queryUser]
[接收到事件，打印日记]savaFuncStartRuntimeLog[null,com/wujiuye/ipweb/service/impl/UserServiceImpl,queryUser,1585486646790]
[接收到事件，打印日记]savaBusinessFuncCallLog[null,com/wujiuye/ipweb/service/impl/UserServiceImpl,queryUser]
[接收到事件，打印日记]savaFuncEndRuntimeLog[null,com/wujiuye/ipweb/service/impl/UserServiceImpl,queryUser,1585486646791]
[接收到事件，打印日记]savaFuncEndRuntimeLog[null,com/wujiuye/ipweb/handler/UserHandler,queryUser,1585486646791]

源码导读

agentmain分支是最新版本的分支，以下是agentmain分支各package说明：

core包：实现字节码插桩，在方法执行之前拦截获取类名、方法名，方法调用的参数，在方法执行异常时，获取到异常信息，以及在方法执行之前和return之前获取当前系统时间，可用于统计方法执行耗时。

tracsformer包：代码插桩过滤器，使用责任连模式，对字节码进行多次插桩，每个插桩器只负责自己想要实现的逻辑。

event包：事件的封装，埋点代码抛出的事件放入事件队列，异步分派事件给监听器进行处理。

logs包：提供事件监听器接口，具体实现可扩展，我这里提供了两个默认的实现类，默认的实现类只是将日记打印，在控制台打印日记信息。

因为字节码是插入到业务代码中的，当执行业务代码的时候会执行埋点代码，如果处理程序也在业务代码中进行，那么这将是个耗时的操作，影响性能，拖慢一次请求的响应速度，所以当埋点代码执行的时候，Beemite是直接抛出一个事件，让线程池异步消费事件，分派事件给相应的监听器处理，这样就可以执行耗时操作，比如将日记输出到硬盘，再存储到ES，便于后期进行项目代码异常排查。

Beemite是怎么改写class的

Beemite会将改写后的class字节码输出到文件，并会在控制台打印输出的文件路径，可以看下输出后的class。

以UserServiceImpl为例，这个类是插桩的目标，来看下对比改写后的代码，到底bee-mite改写字节码都做了什么。

源代码

public class UserServiceImpl {

    public Map<String, Object> queryMap(String username,Integer age) {
        Map<String, Object> map = new HashMap<>();
        map.put("username", username);
        map.put("age", age);
        return map;
    }

}

Beemite插桩后

@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {
    public UserServiceImpl() {
    }

    public Map<String, Object> queryUser(String var1, Integer var2) {
        long var3 = System.currentTimeMillis();
        FuncRuntimeEvent.sendFuncStartRuntimeEvent(SessionIdContext.getContext().getSessionId(), "com/wujiuye/ipweb/service/impl/UserServiceImpl", "queryUser", var3);
        try {
            Object[] var8 = new Object[]{var1, var2};
            BusinessCallLinkEvent.sendBusinessFuncCallEvent(SessionIdContext.getContext().getSessionId(), "com/wujiuye/ipweb/service/impl/UserServiceImpl", "queryUser", var8);
            HashMap var9 = new HashMap();
            var9.put("username", var1);
            var9.put("age", var2);
            long var5 = System.currentTimeMillis();
            FuncRuntimeEvent.sendFuncEndRuntimeEvent(SessionIdContext.getContext().getSessionId(), "com/wujiuye/ipweb/service/impl/UserServiceImpl", "queryUser", var5);
            return var9;
        } catch (Exception var7) {
            BusinessCallLinkEvent.sendBusinessFuncCallThrowableEvent(SessionIdContext.getContext().getSessionId(), "com/wujiuye/ipweb/service/impl/UserServiceImpl", "queryUser", var7);
            throw var7;
        }
    }
}

因为使用了责任链模式，会对代码进行两次插桩，目的就是为了后面容易扩展功能，其实只是18年时候自己的水平问题，没有想到通过暴露切点的方式实现更好，少写字节码。我简单看了下arthas的部分源码，它的实现就是改写的字节码只插入三个埋点，其它功能不再操作字节码。

相信看了对比你也能知道Beemite都插入了哪些代码，这些代码都是通过asm写字节码指令插入的。当然也不是很难，对于新手而言，唯一的难点可能就是try-catch代码块的插入。visitTryCatchBlock方法的三个label的位置，以及catch块处理异常算是个难点，我们可以通过在源码类中添加try-catch块，然后使用javap查看异常处理表，例如。

 * Exception table:
 *        from    to  target type
 *            0    27    30   Class java/lang/Exception

那么三个label对应的就是from、to、target，且当type为any的时候就是try-finally。

发布于：2021 年 06 月 27 日
作者: 吴就业
链接: https://github.com/wujiuye/beemite
来源: Github开源项目：beemite，未经作者许可，禁止转载!

  1. https://github.com/wujiuye/beemite

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