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Java SE 6 新特性: Instrumentation 新功能(轉(zhuǎn))

利用 Java 代碼，即 java.lang.instrument 做動態(tài) Instrumentation 是 Java SE 5 的新特性，它把 Java 的 instrument 功能從本地代碼中解放出來，使之可以用 Java 代碼的方式解決問題。使用 Instrumentation，開發(fā)者可以構(gòu)建一個獨立于應(yīng)用程序的代理程序（Agent），用來監(jiān)測和協(xié)助運行在 JVM 上的程序，甚至能夠替換和修改某些類的定義。有了這樣的功能，開發(fā)者就可以實現(xiàn)更為靈活的運行時虛擬機監(jiān)控和 Java 類操作了，這樣的特性實際上提供了一種虛擬機級別支持的 AOP 實現(xiàn)方式，使得開發(fā)者無需對 JDK 做任何升級和改動，就可以實現(xiàn)某些 AOP 的功能了。

在 Java SE 6 里面，instrumentation 包被賦予了更強大的功能：啟動后的 instrument、本地代碼（native code）instrument，以及動態(tài)改變 classpath 等等。這些改變，意味著 Java 具有了更強的動態(tài)控制、解釋能力，它使得 Java 語言變得更加靈活多變。

在 Java SE6 里面，最大的改變使運行時的 Instrumentation 成為可能。在 Java SE 5 中，Instrument 要求在運行前利用命令行參數(shù)或者系統(tǒng)參數(shù)來設(shè)置代理類，在實際的運行之中，虛擬機在初始化之時（在絕大多數(shù)的 Java 類庫被載入之前），instrumentation 的設(shè)置已經(jīng)啟動，并在虛擬機中設(shè)置了回調(diào)函數(shù)，檢測特定類的加載情況，并完成實際工作。但是在實際的很多的情況下，我們沒有辦法在虛擬機啟動之時就為其設(shè) 定代理，這樣實際上限制了 instrument 的應(yīng)用。而 Java SE 6 的新特性改變了這種情況，通過 Java Tool API 中的 attach 方式，我們可以很方便地在運行過程中動態(tài)地設(shè)置加載代理類，以達到 instrumentation 的目的。

另外，對 native 的 Instrumentation 也是 Java SE 6 的一個嶄新的功能，這使以前無法完成的功能 —— 對 native 接口的 instrumentation 可以在 Java SE 6 中，通過一個或者一系列的 prefix 添加而得以完成。

最后，Java SE 6 里的 Instrumentation 也增加了動態(tài)添加 class path 的功能。所有這些新的功能，都使得 instrument 包的功能更加豐富，從而使 Java 語言本身更加強大。

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Instrumentation 的基本功能和用法

“java.lang.instrument” 包的具體實現(xiàn)，依賴于 JVMTI。JVMTI（Java Virtual Machine Tool Interface）是一套由 Java 虛擬機提供的，為 JVM 相關(guān)的工具提供的本地編程接口集合。JVMTI 是從 Java SE 5 開始引入，整合和取代了以前使用的 Java Virtual Machine Profiler Interface (JVMPI) 和 the Java Virtual Machine Debug Interface (JVMDI)，而在 Java SE 6 中，JVMPI 和 JVMDI 已經(jīng)消失了。JVMTI 提供了一套”代理”程序機制，可以支持第三方工具程序以代理的方式連接和訪問 JVM，并利用 JVMTI 提供的豐富的編程接口，完成很多跟 JVM 相關(guān)的功能。事實上，java.lang.instrument 包的實現(xiàn)，也就是基于這種機制的：在 Instrumentation 的實現(xiàn)當中，存在一個 JVMTI 的代理程序，通過調(diào)用 JVMTI 當中 Java 類相關(guān)的函數(shù)來完成 Java 類的動態(tài)操作。除開 Instrumentation 功能外，JVMTI 還在虛擬機內(nèi)存管理，線程控制，方法和變量操作等等方面提供了大量有價值的函數(shù)。關(guān)于 JVMTI 的詳細信息，請參考 Java SE 6 文檔（請參見參考資源）當中的介紹。

Instrumentation 的最大作用，就是類定義動態(tài)改變和操作。在 Java SE 5 及其后續(xù)版本當中，開發(fā)者可以在一個普通 Java 程序（帶有 main 函數(shù)的 Java 類）運行時，通過 –javaagent 參數(shù)指定一個特定的 jar 文件（包含 Instrumentation 代理）來啟動 Instrumentation 的代理程序。

在 Java SE 5 當中，開發(fā)者可以讓 Instrumentation 代理在 main 函數(shù)運行前執(zhí)行。簡要說來就是如下幾個步驟：

編寫 premain 函數(shù)

編寫一個 Java 類，包含如下兩個方法當中的任何一個

public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst); [1]
public static void premain(String agentArgs); [2]

其中，[1] 的優(yōu)先級比 [2] 高，將會被優(yōu)先執(zhí)行（[1] 和 [2] 同時存在時，[2] 被忽略）。

在這個 premain 函數(shù)中，開發(fā)者可以進行對類的各種操作。

agentArgs 是 premain 函數(shù)得到的程序參數(shù)，隨同 “–javaagent”一起傳入。與 main 函數(shù)不同的是，這個參數(shù)是一個字符串而不是一個字符串數(shù)組，如果程序參數(shù)有多個，程序?qū)⒆孕薪馕鲞@個字符串。

Inst 是一個 java.lang.instrument.Instrumentation 的實例，由 JVM 自動傳入。java.lang.instrument.Instrumentation 是 instrument 包中定義的一個接口，也是這個包的核心部分，集中了其中幾乎所有的功能方法，例如類定義的轉(zhuǎn)換和操作等等。
jar 文件打包
將這個 Java 類打包成一個 jar 文件，并在其中的 manifest 屬性當中加入” Premain-Class”來指定步驟 1 當中編寫的那個帶有 premain 的 Java類。（可能還需要指定其他屬性以開啟更多功能）
運行
用如下方式運行帶有 Instrumentation 的 Java 程序：

java -javaagent:jar文件的位置[=傳入premain的參數(shù)]

對 Java 類文件的操作，可以理解為對一個 byte 數(shù)組的操作（將類文件的二進制字節(jié)流讀入一個 byte 數(shù)組）。開發(fā)者可以在“ClassFileTransformer”的 transform 方法當中得到，操作并最終返回一個類的定義（一個 byte 數(shù)組）。這方面，Apache 的 BCEL 開源項目提供了強有力的支持，讀者可以在參考文章“Java SE 5 特性 Instrumentation 實踐”中看到一個 BCEL 和 Instrumentation 結(jié)合的例子。具體的字節(jié)碼操作并非本文的重點，所以，本文中所舉的例子，只是采用簡單的類文件替換的方式來演示 Instrumentation 的使用。

下面，我們通過簡單的舉例，來說明 Instrumentation 的基本使用方法。

首先，我們有一個簡單的類，TransClass，可以通過一個靜態(tài)方法返回一個整數(shù) 1。

public class TransClass {
    public int getNumber() {
    return 1;
    }
}

我們運行如下類，可以得到輸出 ”1“。

public class TestMainInJar {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(new TransClass().getNumber());
    }
}

然后，我們將 TransClass 的 getNumber 方法改成如下:

public int getNumber() {
return 2;
}

再將這個返回 2 的 Java 文件編譯成類文件，為了區(qū)別開原有的返回 1 的類，我們將返回 2 的這個類文件命名為 TransClass2.class.2。

接下來，我們建立一個 Transformer 類：

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.security.ProtectionDomain;

class Transformer implements ClassFileTransformer {

    public static final String classNumberReturns2 = "TransClass.class.2";

    public static byte[] getBytesFromFile(String fileName) {
        try {
            // precondition
            File file = new File(fileName);
            InputStream is = new FileInputStream(file);
            long length = file.length();
            byte[] bytes = new byte[(int) length];

            // Read in the bytes
            int offset = 0;
            int numRead = 0;
            while (offset <bytes.length
                    && (numRead = is.read(bytes, offset, bytes.length - offset)) >= 0) {
                offset += numRead;
            }

            if (offset < bytes.length) {
                throw new IOException("Could not completely read file "
                        + file.getName());
            }
            is.close();
            return bytes;
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("error occurs in _ClassTransformer!"
                    + e.getClass().getName());
            return null;
        }
    }

    public byte[] transform(ClassLoader l, String className, Class<?> c,
            ProtectionDomain pd, byte[] b) throws IllegalClassFormatException {
        if (!className.equals("TransClass")) {
            return null;
        }
        return getBytesFromFile(classNumberReturns2);

    }
}

這個類實現(xiàn)了 ClassFileTransformer 接口。其中，getBytesFromFile 方法根據(jù)文件名讀入二進制字符流，而 ClassFileTransformer 當中規(guī)定的 transform 方法則完成了類定義的替換轉(zhuǎn)換。

最后，我們建立一個 Premain 類，寫入 Instrumentation 的代理方法 premain：

public class Premain {
    public static void premain(String agentArgs， Instrumentation inst)
            throws ClassNotFoundException， UnmodifiableClassException {
        inst.addTransformer(new Transformer());
    }
}

可以看出，addTransformer 方法并沒有指明要轉(zhuǎn)換哪個類。轉(zhuǎn)換發(fā)生在 premain 函數(shù)執(zhí)行之后，main 函數(shù)執(zhí)行之前，這時每裝載一個類，transform 方法就會執(zhí)行一次，看看是否需要轉(zhuǎn)換，所以，在 transform（Transformer 類中）方法中，程序用 className.equals("TransClass") 來判斷當前的類是否需要轉(zhuǎn)換。

代碼完成后，我們將他們打包為 TestInstrument1.jar。返回 1 的那個 TransClass 的類文件保留在 jar 包中，而返回 2 的那個 TransClass.class.2 則放到 jar 的外面。在 manifest 里面加入如下屬性來指定 premain 所在的類：

Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: Premain

在運行這個程序的時候，如果我們用普通方式運行這個 jar 中的 main 函數(shù)，可以得到輸出“1”。如果用下列方式運行:

java –javaagent:TestInstrument1.jar –cp TestInstrument1.jar TestMainInJar

則會得到輸出“2”。

當然，程序運行的 main 函數(shù)不一定要放在 premain 所在的這個 jar 文件里面，這里只是為了例子程序打包的方便而放在一起的。

除開用 addTransformer 的方式，Instrumentation 當中還有另外一個方法“redefineClasses”來實現(xiàn) premain 當中指定的轉(zhuǎn)換。用法類似，如下：

public class Premain {
    public static void premain(String agentArgs， Instrumentation inst)
            throws ClassNotFoundException， UnmodifiableClassException {
        ClassDefinition def = new ClassDefinition(TransClass.class， Transformer
                .getBytesFromFile(Transformer.classNumberReturns2));
        inst.redefineClasses(new ClassDefinition[] { def });
        System.out.println("success");
    }
}

redefineClasses 的功能比較強大，可以批量轉(zhuǎn)換很多類。

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Java SE 6 的新特性：虛擬機啟動后的動態(tài) instrument

在 Java SE 5 當中，開發(fā)者只能在 premain 當中施展想象力，所作的 Instrumentation 也僅限與 main 函數(shù)執(zhí)行前，這樣的方式存在一定的局限性。

在 Java SE 5 的基礎(chǔ)上，Java SE 6 針對這種狀況做出了改進，開發(fā)者可以在 main 函數(shù)開始執(zhí)行以后，再啟動自己的 Instrumentation 程序。

在 Java SE 6 的 Instrumentation 當中，有一個跟 premain“并駕齊驅(qū)”的“agentmain”方法，可以在 main 函數(shù)開始運行之后再運行。

跟 premain 函數(shù)一樣，開發(fā)者可以編寫一個含有“agentmain”函數(shù)的 Java 類：

public static void agentmain (String agentArgs, Instrumentation inst); [1]
public static void agentmain (String agentArgs); [2]

同樣，[1] 的優(yōu)先級比 [2] 高，將會被優(yōu)先執(zhí)行。

跟 premain 函數(shù)一樣，開發(fā)者可以在 agentmain 中進行對類的各種操作。其中的 agentArgs 和 Inst 的用法跟 premain 相同。

與“Premain-Class”類似，開發(fā)者必須在 manifest 文件里面設(shè)置“Agent-Class”來指定包含 agentmain 函數(shù)的類。

可是，跟 premain 不同的是，agentmain 需要在 main 函數(shù)開始運行后才啟動，這樣的時機應(yīng)該如何確定呢，這樣的功能又如何實現(xiàn)呢？

在 Java SE 6 文檔當中，開發(fā)者也許無法在 java.lang.instrument 包相關(guān)的文檔部分看到明確的介紹，更加無法看到具體的應(yīng)用 agnetmain 的例子。不過，在 Java SE 6 的新特性里面，有一個不太起眼的地方，揭示了 agentmain 的用法。這就是 Java SE 6 當中提供的 Attach API。

Attach API 不是 Java 的標準 API，而是 Sun 公司提供的一套擴展 API，用來向目標 JVM ”附著”（Attach）代理工具程序的。有了它，開發(fā)者可以方便的監(jiān)控一個 JVM，運行一個外加的代理程序。

Attach API 很簡單，只有 2 個主要的類，都在 com.sun.tools.attach 包里面： VirtualMachine 代表一個 Java 虛擬機，也就是程序需要監(jiān)控的目標虛擬機，提供了 JVM 枚舉，Attach 動作和 Detach 動作（Attach 動作的相反行為，從 JVM 上面解除一個代理）等等; VirtualMachineDescriptor 則是一個描述虛擬機的容器類，配合 VirtualMachine 類完成各種功能。

為了簡單起見，我們舉例簡化如下：依然用類文件替換的方式，將一個返回 1 的函數(shù)替換成返回 2 的函數(shù)，Attach API 寫在一個線程里面，用睡眠等待的方式，每隔半秒時間檢查一次所有的 Java 虛擬機，當發(fā)現(xiàn)有新的虛擬機出現(xiàn)的時候，就調(diào)用 attach 函數(shù)，隨后再按照 Attach API 文檔里面所說的方式裝載 Jar 文件。等到 5 秒鐘的時候，attach 程序自動結(jié)束。而在 main 函數(shù)里面，程序每隔半秒鐘輸出一次返回值（顯示出返回值從 1 變成 2）。

TransClass 類和 Transformer 類的代碼不變，參看上一節(jié)介紹。含有 main 函數(shù)的 TestMainInJar 代碼為：

public class TestMainInJar {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println(new TransClass().getNumber());
        int count = 0;
        while (true) {
            Thread.sleep(500);
            count++;
            int number = new TransClass().getNumber();
            System.out.println(number);
            if (3 == number || count >= 10) {
                break;
            }
        }
    }
}

含有 agentmain 的 AgentMain 類的代碼為：

import java.lang.instrument.ClassDefinition;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.lang.instrument.UnmodifiableClassException;

public class AgentMain {
    public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst)
            throws ClassNotFoundException, UnmodifiableClassException,
            InterruptedException {
        inst.addTransformer(new Transformer (), true);
        inst.retransformClasses(TransClass.class);
        System.out.println("Agent Main Done");
    }
}

其中，retransformClasses 是 Java SE 6 里面的新方法，它跟 redefineClasses 一樣，可以批量轉(zhuǎn)換類定義，多用于 agentmain 場合。

Jar 文件跟 Premain 那個例子里面的 Jar 文件差不多，也是把 main 和 agentmain 的類，TransClass，Transformer 等類放在一起，打包為“TestInstrument1.jar”，而 Jar 文件當中的 Manifest 文件為:

Manifest-Version: 1.0
Agent-Class: AgentMain

另外，為了運行 Attach API，我們可以再寫一個控制程序來模擬監(jiān)控過程：（代碼片段）

import com.sun.tools.attach.VirtualMachine;
import com.sun.tools.attach.VirtualMachineDescriptor;
……
// 一個運行 Attach API 的線程子類
static class AttachThread extends Thread {

private final List<VirtualMachineDescriptor> listBefore;

        private final String jar;

        AttachThread(String attachJar, List<VirtualMachineDescriptor> vms) {
            listBefore = vms;  // 記錄程序啟動時的 VM 集合
            jar = attachJar;
        }

        public void run() {
            VirtualMachine vm = null;
            List<VirtualMachineDescriptor> listAfter = null;
            try {
                int count = 0;
                while (true) {
                    listAfter = VirtualMachine.list();
                    for (VirtualMachineDescriptor vmd : listAfter) {
                        if (!listBefore.contains(vmd)) {
// 如果 VM 有增加，我們就認為是被監(jiān)控的 VM 啟動了
// 這時，我們開始監(jiān)控這個 VM
                            vm = VirtualMachine.attach(vmd);
                            break;
                        }
                    }
                    Thread.sleep(500);
                    count++;
                    if (null != vm || count >= 10) {
                        break;
                    }
                }
                vm.loadAgent(jar);
                vm.detach();
            } catch (Exception e) {
                 ignore
            }
        }
    }
……
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
     new AttachThread("TestInstrument1.jar", VirtualMachine.list()).start();

}

運行時，可以首先運行上面這個啟動新線程的 main 函數(shù)，然后，在 5 秒鐘內(nèi)（僅僅簡單模擬 JVM 的監(jiān)控過程）運行如下命令啟動測試 Jar 文件:

java –javaagent:TestInstrument2.jar –cp TestInstrument2.jar TestMainInJar

如果時間掌握得不太差的話，程序首先會在屏幕上打出 1，這是改動前的類的輸出，然后會打出一些 2，這個表示 agentmain 已經(jīng)被 Attach API 成功附著到 JVM 上，代理程序生效了，當然，還可以看到“Agent Main Done”字樣的輸出。

以上例子僅僅只是簡單示例，簡單說明這個特性而已。真實的例子往往比較復(fù)雜，而且可能運行在分布式環(huán)境的多個 JVM 之中。

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Java SE 6 新特性：本地方法的 Instrumentation

在 1.5 版本的 instumentation 里，并沒有對 Java 本地方法（Native Method）的處理方式，而且在 Java 標準的 JVMTI 之下，并沒有辦法改變 method signature，這就使替換本地方法非常地困難。一個比較直接而簡單的想法是，在啟動時替換本地代碼所在的動態(tài)鏈接庫 —— 但是這樣，本質(zhì)上是一種靜態(tài)的替換，而不是動態(tài)的 Instrumentation。而且，這樣可能需要編譯較大數(shù)量的動態(tài)鏈接庫 —— 比如，我們有三個本地函數(shù)，假設(shè)每一個都需要一個替換，而在不同的應(yīng)用之下，可能需要不同的組合，那么如果我們把三個函數(shù)都編譯在同一個動態(tài)鏈接庫之中，最多我們需要 8 個不同的動態(tài)鏈接庫來滿足需要。當然，我們也可以獨立地編譯之，那樣也需要 6 個動態(tài)鏈接庫——無論如何，這種繁瑣的方式是不可接受的。

在 Java SE 6 中，新的 Native Instrumentation 提出了一個新的 native code 的解析方式，作為原有的 native method 的解析方式的一個補充，來很好地解決了一些問題。這就是在新版本的 java.lang.instrument 包里，我們擁有了對 native 代碼的 instrument 方式 —— 設(shè)置 prefix。

假設(shè)我們有了一個 native 函數(shù)，名字叫 nativeMethod，在運行中過程中，我們需要將它指向另外一個函數(shù)（需要注意的是，在當前標準的 JVMTI 之下，除了 native 函數(shù)名，其他的 signature 需要一致）。比如我們的 Java 代碼是：

package nativeTester;
class nativePrefixTester{
    …
    native int nativeMethod(int input);
    …
}

那么我們已經(jīng)實現(xiàn)的本地代碼是:

jint Java_nativeTester_nativeMethod(jclass thiz, jobject thisObj, jint input);

現(xiàn)在我們需要在調(diào)用這個函數(shù)時，使之指向另外一個函數(shù)。那么按照 J2SE 的做法，我們可以按他的命名方式，加上一個 prefix 作為新的函數(shù)名。比如，我們以 "another_" 作為 prefix，那么我們新的函數(shù)是:

jint Java_nativeTester_another_nativePrefixTester(jclass thiz, jobject thisObj,
jint input);

然后將之編入動態(tài)鏈接庫之中。

現(xiàn)在我們已經(jīng)有了新的本地函數(shù)，接下來就是做 instrument 的設(shè)置。正如以上所說的，我們可以使用 premain 方式，在虛擬機啟動之時就載入 premain 完成 instrument 代理設(shè)置。也可以使用 agentmain 方式，去 attach 虛擬機來啟動代理。而設(shè)置 native 函數(shù)的也是相當簡單的:

premain(){ // 或者也可以在 agentmain 里
…
if (!isNativeMethodPrefixSupported()){
return; // 如果無法設(shè)置，則返回
}
setNativeMethodPrefix(transformer,"another_"); // 設(shè)置 native 函數(shù)的 prefix，注意這個下劃線必須由用戶自己規(guī)定
…
}

在這里要注意兩個問題。一是不是在任何的情況下都是可以設(shè)置 native 函數(shù)的 prefix 的。首先，我們要注意到 agent 包之中的 Manifest 所設(shè)定的特性:

Can-Set-Native-Method-Prefix

要注意，這一個參數(shù)都可以影響是否可以設(shè)置 native prefix，而且，在默認的設(shè)置之中，這個參數(shù)是 false 的，我們需要將之設(shè)置成 true（順便說一句，對 Manifest 之中的屬性來說都是大小寫無關(guān)的，當然，如果給一個不是“true”的值，就會被當作 false 值處理）。

當然，我們還需要確認虛擬機本身是否支持 setNativePrefix。在 Java API 里，Instrumentation 類提供了一個函數(shù) isNativePrefix，通過這個函數(shù)我們可以知道該功能是否可以實行。

二是我們可以為每一個 ClassTransformer 加上它自己的 nativeprefix；同時，每一個 ClassTransformer 都可以為同一個 class 做 transform，因此對于一個 Class 來說，一個 native 函數(shù)可能有不同的 prefix，因此對這個函數(shù)來說，它可能也有好幾種解析方式。

在 Java SE 6 當中，Native prefix 的解釋方式如下：對于某一個 package 內(nèi)的一個 class 當中的一個 native method 來說，首先，假設(shè)我們對這個函數(shù)的 transformer 設(shè)置了 native 的 prefix“another”，它將這個函數(shù)接口解釋成:

由 Java 的函數(shù)接口

native void method()

和上述 prefix"another"，去尋找本地代碼中的函數(shù)

void Java_package_class_another_method(jclass theClass, jobject thiz);
// 請注意 prefix 在函數(shù)名中出現(xiàn)的位置！

一旦可以找到，那么調(diào)用這個函數(shù)，整個解析過程就結(jié)束了；如果沒有找到，那么虛擬機將會做進一步的解析工作。我們將利用 Java native 接口最基本的解析方式,去找本地代碼中的函數(shù):

void Java_package_class_method(jclass theClass, jobject thiz);

如果找到，則執(zhí)行之。否則，因為沒有任何一個合適的解析方式，于是宣告這個過程失敗。

那么如果有多個 transformer，同時每一個都有自己的 prefix，又該如何解析呢？事實上，虛擬機是按 transformer 被加入到的 Instrumentation 之中的次序去解析的（還記得我們最基本的 addTransformer 方法嗎？）。

假設(shè)我們有三個 transformer 要被加入進來，他們的次序和相對應(yīng)的 prefix 分別為：transformer1 和“prefix1_”，transformer2 和 “prefix2_”，transformer3 和 “prefix3_”。那么，虛擬機會首先做的就是將接口解析為:

native void prefix1_prefix2_prefix3_native_method()

然后去找它相對應(yīng)的 native 代碼。

但是如果第二個 transformer（transformer2）沒有設(shè)定 prefix，那么很簡單，我們得到的解析是：

native void prefix1_prefix3_native_method()

這個方式簡單而自然。

當然，對于多個 prefix 的情況，我們還要注意一些復(fù)雜的情況。比如，假設(shè)我們有一個 native 函數(shù)接口是：

native void native_method()

然后我們?yōu)樗O(shè)置了兩個 prefix，比如 "wrapped_" 和 "wrapped2_"，那么，我們得到的是什么呢？是

void Java_package_class_wrapped_wrapped2_method(jclass theClass, jobject thiz);
// 這個函數(shù)名正確嗎？

嗎？答案是否定的，因為事實上，對 Java 中 native 函數(shù)的接口到 native 中的映射，有一系列的規(guī)定，因此可能有一些特殊的字符要被代入。而實際中，這個函數(shù)的正確的函數(shù)名是：

void Java_package_class_wrapped_1wrapped2_1method(jclass theClass, jobject thiz);
// 只有這個函數(shù)名會被找到

很有趣不是嗎？因此如果我們要做類似的工作，一個很好的建議是首先在 Java 中寫一個帶 prefix 的 native 接口，用 javah 工具生成一個 c 的 header-file，看看它實際解析得到的函數(shù)名是什么，這樣我們就可以避免一些不必要的麻煩。

另外一個事實是，與我們的想像不同，對于兩個或者兩個以上的 prefix，虛擬機并不做更多的解析；它不會試圖去掉某一個 prefix，再來組裝函數(shù)接口。它做且僅作兩次解析。

總之，新的 native 的 prefix-instrumentation 的方式，改變了以前 Java 中 native 代碼無法動態(tài)改變的缺點。在當前，利用 JNI 來寫 native 代碼也是 Java 應(yīng)用中非常重要的一個環(huán)節(jié)，因此它的動態(tài)化意味著整個 Java 都可以動態(tài)改變了 —— 現(xiàn)在我們的代碼可以利用加上 prefix 來動態(tài)改變 native 函數(shù)的指向，正如上面所說的，如果找不到，虛擬機還會去嘗試做標準的解析，這讓我們擁有了動態(tài)地替換 native 代碼的方式，我們可以將許多帶不同 prefix 的函數(shù)編譯在一個動態(tài)鏈接庫之中，而通過 instrument 包的功能，讓 native 函數(shù)和 Java 函數(shù)一樣動態(tài)改變、動態(tài)替換。

當然，現(xiàn)在的 native 的 instrumentation 還有一些限制條件，比如，不同的 transformer 會有自己的 native prefix，就是說，每一個 transformer 會負責他所替換的所有類而不是特定類的 prefix —— 因此這個粒度可能不夠精確。

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Java SE 6 新特性：BootClassPath / SystemClassPath 的動態(tài)增補

我們知道，通過設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)或者通過虛擬機啟動參數(shù)，我們可以設(shè)置一個虛擬機運行時的 boot class 加載路徑（-Xbootclasspath）和 system class（-cp）加載路徑。當然，我們在運行之后無法替換它。然而，我們也許有時候要需要把某些 jar 加載到 bootclasspath 之中，而我們無法應(yīng)用上述兩個方法；或者我們需要在虛擬機啟動之后來加載某些 jar 進入 bootclasspath。在 Java SE 6 之中，我們可以做到這一點了。

實現(xiàn)這幾點很簡單，首先，我們依然需要確認虛擬機已經(jīng)支持這個功能，然后在 premain/agantmain 之中加上需要的 classpath。我們可以在我們的 Transformer 里使用 appendToBootstrapClassLoaderSearch/appendToSystemClassLoaderSearch 來完成這個任務(wù)。

同時我們可以注意到，在 agent 的 manifest 里加入 Boot-Class-Path 其實一樣可以在動態(tài)地載入 agent 的同時加入自己的 boot class 路徑，當然，在 Java code 中它可以更加動態(tài)方便和智能地完成 —— 我們可以很方便地加入判斷和選擇成分。

在這里我們也需要注意幾點。首先，我們加入到 classpath 的 jar 文件中不應(yīng)當帶有任何和系統(tǒng)的 instrumentation 有關(guān)的系統(tǒng)同名類，不然，一切都陷入不可預(yù)料之中 —— 這不是一個工程師想要得到的結(jié)果，不是嗎？

其次，我們要注意到虛擬機的 ClassLoader 的工作方式，它會記載解析結(jié)果。比如，我們曾經(jīng)要求讀入某個類 someclass，但是失敗了，ClassLoader 會記得這一點。即使我們在后面動態(tài)地加入了某一個 jar，含有這個類，ClassLoader 依然會認為我們無法解析這個類，與上次出錯的相同的錯誤會被報告。

再次我們知道在 Java 語言中有一個系統(tǒng)參數(shù)“java.class.path”，這個 property 里面記錄了我們當前的 classpath，但是，我們使用這兩個函數(shù)，雖然真正地改變了實際的 classpath，卻不會對這個 property 本身產(chǎn)生任何影響。

在公開的 JavaDoc 中我們可以發(fā)現(xiàn)一個很有意思的事情，Sun 的設(shè)計師們告訴我們，這個功能事實上依賴于 ClassLoader 的 appendtoClassPathForInstrumentation 方法 —— 這是一個非公開的函數(shù)，因此我們不建議直接（使用反射等方式）使用它，事實上，instrument 包里的這兩個函數(shù)已經(jīng)可以很好的解決我們的問題了。

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結(jié)語

從以上的介紹我們可以得出結(jié)論，在 Java SE 6 里面，instrumentation 包新增的功能 —— 虛擬機啟動后的動態(tài) instrument、本地代碼（native code）instrumentation，以及動態(tài)添加 classpath 等等，使得 Java 具有了更強的動態(tài)控制、解釋能力，從而讓 Java 語言變得更加靈活多變。

這些能力，從某種意義上開始改變 Java 語言本身。在過去很長的一段時間內(nèi)，動態(tài) 腳本語言的大量涌現(xiàn)和快速發(fā)展，對整個軟件業(yè)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)提高生產(chǎn)率起到了非常重要的作用。在這種背景之下，Java 也正在慢慢地作出改變。而 Instrument 的新功能和 Script 平臺（本系列的后面一篇中將介紹到這一點）的出現(xiàn)，則大大強化了語言的動態(tài)化和與動態(tài)語言融合，它是 Java 的發(fā)展的值得考量的新趨勢。

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posted on 2007-11-13 10:16 千里冰封閱讀(1450) 評論(0) 編輯收藏所屬分類: 轉(zhuǎn)載文章

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