這篇文章給大家介紹如何理解Java SE 6中的Instrumentation，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。
創(chuàng)新互聯(lián)專注于膠州網(wǎng)站建設(shè)服務(wù)及定制，我們擁有豐富的企業(yè)做網(wǎng)站經(jīng)驗(yàn)。 熱誠為您提供膠州營銷型網(wǎng)站建設(shè)，膠州網(wǎng)站制作、膠州網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、膠州網(wǎng)站官網(wǎng)定制、微信平臺小程序開發(fā)服務(wù)，打造膠州網(wǎng)絡(luò)公司原創(chuàng)品牌,更為您提供膠州網(wǎng)站排名全網(wǎng)營銷落地服務(wù)。
使用 Instrumentation，開發(fā)者可以構(gòu)建一個(gè)獨(dú)立于應(yīng)用程序的代理程序（Agent），用來監(jiān)測和協(xié)助運(yùn)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(shí)現(xiàn)更為靈活的運(yùn)行時(shí)虛擬機(jī)監(jiān)控和 Java 類操作了，這樣的特性實(shí)際上提供了一種虛擬機(jī)級別支持的 AOP 實(shí)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(shí)現(xiàn)某些 AOP 的功能了。
在 Java SE 6 里面，instrumentation 包被賦予了更強(qiáng)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(qiáng)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，新改變使運(yùn)行時(shí)的 Instrumentation 成為可能。在 Java SE 5 中，Instrument 要求在運(yùn)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(shí)際的運(yùn)行之中，虛擬機(jī)在初始化之時(shí)（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(jī)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(shí)際工作。但是在實(shí)際的很多的情況下，我們沒有辦法在虛擬機(jī)啟動之時(shí)就為其設(shè)定代理，這樣實(shí)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(yùn)行過程中動態(tài)地設(shè)置加載代理類，以達(dá)到 instrumentation 的目的。
另外，對 native 的 Instrumentation 也是 Java SE 6 的一個(gè)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(gè)或者一系列的 prefix 添加而得以完成。
***，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(qiáng)大。
Instrumentation 的基本功能和用法
“java.lang.instrument”包的具體實(shí)現(xiàn)，依賴于 JVMTI。JVMTI（Java Virtual Machine Tool Interface）是一套由 Java 虛擬機(jī)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(jī)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(shí)上，java.lang.instrument 包的實(shí)現(xiàn)，也就是基于這種機(jī)制的：在 Instrumentation 的實(shí)現(xiàn)當(dāng)中，存在一個(gè) JVMTI 的代理程序，通過調(diào)用 JVMTI 當(dāng)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(jī)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(jià)值的函數(shù)。
Instrumentation 的***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(dāng)中，開發(fā)者可以在一個(gè)普通 Java 程序（帶有 main 函數(shù)的 Java 類）運(yùn)行時(shí)，通過 –javaagent 參數(shù)指定一個(gè)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(dāng)中，開發(fā)者可以讓 Instrumentation 代理在 main 函數(shù)運(yùn)行前執(zhí)行。簡要說來就是如下幾個(gè)步驟：
編寫一個(gè) Java 類，包含如下兩個(gè)方法當(dāng)中的任何一個(gè)
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(shí)存在時(shí)，[2] 被忽略）。
在這個(gè) premain 函數(shù)中，開發(fā)者可以進(jìn)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(gè)參數(shù)是一個(gè)字符串而不是一個(gè)字符串?dāng)?shù)組，如果程序參數(shù)有多個(gè)，程序?qū)⒆孕薪馕鲞@個(gè)字符串。
Inst 是一個(gè) java.lang.instrument.Instrumentation 的實(shí)例，由 JVM 自動傳入。java.lang.instrument.Instrumentation 是 instrument 包中定義的一個(gè)接口，也是這個(gè)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(gè) Java 類打包成一個(gè) jar 文件，并在其中的 manifest 屬性當(dāng)中加入” Premain-Class”來指定步驟 1 當(dāng)中編寫的那個(gè)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(yùn)行
用如下方式運(yùn)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(gè) byte 數(shù)組的操作（將類文件的二進(jìn)制字節(jié)流讀入一個(gè) byte 數(shù)組）。開發(fā)者可以在“ClassFileTransformer”的 transform 方法當(dāng)中得到，操作并最終返回一個(gè)類的定義（一個(gè) byte 數(shù)組）。這方面，Apache 的 BCEL 開源項(xiàng)目提供了強(qiáng)有力的支持，讀者可以在參考文章“Java SE 5 特性 Instrumentation 實(shí)踐”中看到一個(gè) 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(diǎn)，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(gè)簡單的類，TransClass， 可以通過一個(gè)靜態(tài)方法返回一個(gè)整數(shù) 1。
| public class TransClass { public int getNumber() { return 1; } } |
我們運(yùn)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(gè)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(gè)類文件命名為 TransClass2.class.2。
接下來，我們建立一個(gè) 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.Pro???槧?? tectionDomain; 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 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(gè)類實(shí)現(xiàn)了 ClassFileTransformer 接口。其中，getBytesFromFile 方法根據(jù)文件名讀入二進(jìn)制字符流，而 ClassFileTransformer 當(dāng)中規(guī)定的 transform 方法則完成了類定義的替換轉(zhuǎn)換。
***，我們建立一個(gè) 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(gè)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(shí)每裝載一個(gè)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(dāng)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(gè) TransClass 的類文件保留在 jar 包中，而返回 2 的那個(gè) 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(yùn)行這個(gè)程序的時(shí)候，如果我們用普通方式運(yùn)行這個(gè) jar 中的???槧?? main 函數(shù)，可以得到輸出“1”。如果用下列方式運(yùn)行:
java –javaagent:TestInstrument1.jar –cp TestInstrument1.jar TestMainInJar
則會得到輸出“2”。
當(dāng)然，程序運(yùn)行的 main 函數(shù)不一定要放在 premain 所在的這個(gè) 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(dāng)中還有另外一個(gè)方法“redefineClasses”來實(shí)現(xiàn) premain 當(dāng)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(qiáng)大，可以批量轉(zhuǎn)換很多類。
Java SE 6 的新特性：虛擬機(jī)啟動后的動態(tài) instrument
在 Java SE 5 當(dāng)中，開發(fā)者只能在 premain 當(dāng)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(jìn)，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(dāng)中，有一個(gè)跟 premain“并駕齊驅(qū)”的“agentmain”方法，可以在 main 函數(shù)開始運(yùn)行之后再運(yùn)行。
跟 premain 函數(shù)一樣， 開發(fā)者可以編寫一個(gè)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(jìn)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(yùn)行后才啟動，這樣的時(shí)機(jī)應(yīng)該如何確定呢，這樣的功能又如何實(shí)現(xiàn)呢？
在 Java SE 6 文檔當(dāng)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(gè)不太起眼的地方，揭示了 agentmain 的用法。這就是 Java SE 6 當(dāng)中提供的 Attach API。
Attach API 不是 Java 的標(biāo)準(zhǔn) API，而是 Sun 公司提供的一套擴(kuò)展 API，用來向目標(biāo) 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(gè) JVM，運(yùn)行一個(gè)外加的代理程序。
Attach API 很簡單，只有 2 個(gè)主要的類，都在 com.sun.tools.attach 包里面： VirtualMachine 代表一個(gè) Java 虛擬機(jī)，也就是程序需要監(jiān)控的目標(biāo)虛擬機(jī)，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???槧?? 個(gè)代理）等等; VirtualMachineDescriptor 則是一個(gè)描述虛擬機(jī)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(gè)返回 1 的函數(shù)替換成返回 2 的函數(shù)，Attach API 寫在一個(gè)線程里面，用睡眠等待的方式，每隔半秒時(shí)間檢查一次所有的 Java 虛擬機(jī)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有新的虛擬機(jī)出現(xiàn)的時(shí)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(shí)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(gè)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(dāng)中的 Manifest 文件為:
Manifest-Version: 1.0
Agent-Class: AgentMain
另外，為了運(yùn)行 Attach API，我們可以再寫一個(gè)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(gè)運(yùn)行 Attach API 的線程子類 static class AttachThread extends Thread { private final List private final String jar; AttachThread(String attachJar, List listBefore = vms; // 記錄程序啟動時(shí)的 VM 集合 jar = attachJar; } public void run() { VirtualMachine vm = null; List 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(rèn)為是被監(jiān)控的 VM 啟動了 // 這時(shí)，我們開始監(jiān)控這個(gè) 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(yùn)行時(shí)，可以首先運(yùn)行上面這個(gè)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(yùn)行如下命令啟動測試 Jar 文件:
java –javaagent:TestInstrument2.jar –cp TestInstrument2.jar TestMainInJar
如果時(shí)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(gè)表示 agentmain 已經(jīng)被 Attach API 成功附著到 JVM 上，代理程序生效了，當(dāng)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(gè)特性而已。真實(shí)的例子往往比較復(fù)雜，而且可能運(yùn)行在分布式環(huán)境的多個(gè) JVM 之中。
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(biāo)準(zhǔn)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(gè)比較直接而簡單的想法是，在啟動時(shí)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(gè)本地函數(shù)，假設(shè)每一個(gè)都需要一個(gè)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(gè)函數(shù)都編譯在同一個(gè)動態(tài)鏈接庫之中，最多我們需要 8 個(gè)不同的動態(tài)鏈接庫來滿足需要。當(dāng)然，我們也可以獨(dú)立地編譯之，那樣也需要 6 個(gè)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新特性中，新的 Native Instrumentation 提出了一個(gè)新的 native code 的解析方式，作為原有的 native method 的解析方式的一個(gè)補(bǔ)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(gè) native 函數(shù)，名字叫 nativeMethod，在運(yùn)行中過程中，我們需要將它指向另外一個(gè)函數(shù)（需要注意的是，在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(gè)函數(shù)時(shí)，使之指向另外一個(gè)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(gè) 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(jī)啟動之時(shí)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(jī)來啟動代理。而設(shè)置 native 函數(shù)的也是相當(dāng)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(gè)下劃線必須由用戶自己規(guī)定 … } |
在這里要注意兩個(gè)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(gè)參數(shù)都可以影響是否可以設(shè)置 native prefix，而且，在默認(rèn)的設(shè)置之中，這個(gè)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(dāng)然，如果給一個(gè)不是“true”的值，就會被當(dāng)作 false 值處理）。
當(dāng)然，我們還需要確認(rèn)虛擬機(jī)本身是否支持 setNativePrefix。在 Java API 里，Instrumentation 類提供了一個(gè)函數(shù) isNativePrefix，通過這個(gè)函數(shù)我們可以知道該功能是否可以實(shí)行。
二是我們可以為每一個(gè) ClassTransformer 加上它自己的 nativeprefix；同時(shí)，每一個(gè) ClassTransformer 都可以為同一個(gè) class 做 transform，因此對于一個(gè) Class 來說，一個(gè) native 函數(shù)可能有不同的 prefix，因此對這個(gè)函數(shù)來說，它可能也有好幾種解析方式。
在 Java SE 6 當(dāng)中，Native prefix 的解釋方式如下：對于某一個(gè) package 內(nèi)的一個(gè) class 當(dāng)中的一個(gè) native method 來說，首先，假設(shè)我們對這個(gè)函數(shù)的 transformer 設(shè)置了 native 的 prefix“another”，它將這個(gè)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(gè)函數(shù)，整個(gè)解析過程就結(jié)束了；如果沒有找到，那么虛擬機(jī)將會做進(jìn)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?yàn)闆]有任何一個(gè)合適的解析方式，于是宣告這個(gè)過程失敗。
那么如果有多個(gè) transformer，同時(shí)每一個(gè)都有自己的 prefix，又該如何解析呢？事實(shí)上，虛擬機(jī)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 addT???槧?? ransformer 方法嗎？）。
假設(shè)我們有三個(gè) transformer 要被加入進(jìn)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(jī)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(gè) 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(gè)方式簡單而自然。
當(dāng)然，對于多個(gè) 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(gè) native 函數(shù)接口是：
| native void native_method() |
然后我們?yōu)樗O(shè)置了兩個(gè) 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(gè)函數(shù)名正確嗎？ |
嗎？答案是否定的，因?yàn)槭聦?shí)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(shí)際中，這個(gè)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(gè)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(gè)很好的建議是首先在 Java 中寫一個(gè)帶 prefix 的 native 接口，用 javah 工具生成一個(gè) c 的 header-file，看看它實(shí)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(gè)事實(shí)是，與我們的想像不同，對于兩個(gè)或者兩個(gè)以上的 prefix，虛擬機(jī)并不做更多的解析；它不會試圖去掉某一個(gè) 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(diǎn)。在當(dāng)前，利用 JNI 來寫 native 代碼也是 Java 應(yīng)用中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此它的動態(tài)化意味著整個(gè) 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(jī)還會去嘗試做標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(dāng)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(gè) transformer 會負(fù)責(zé)他所替換的所有類而不是特定類的 prefix —— 因此這個(gè)粒度可能不夠精確。
Java SE 6 新特性：BootClassPath / SystemClassPath 的動態(tài)增補(bǔ)
我們知道，通過設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)或者通過虛擬機(jī)啟動參數(shù)，我們可以設(shè)置一個(gè)虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)的 boot class 加載路徑（-Xbootclasspath）和 system class（-cp）加載路徑。當(dāng)然，我們在運(yùn)行之后無法替換它。然而，我們也許有時(shí)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(gè)方法；或者我們需要在虛擬機(jī)啟動之后來加載某些 jar 進(jìn)入 bootclasspath。在 Java SE 6 之中，我們可以做到這一點(diǎn)了。
實(shí)現(xiàn)這幾點(diǎn)很簡單，首先，我們依然需要確認(rèn)虛擬機(jī)已經(jīng)支持這個(gè)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 appendToBootstrapC???槧?? lassLoaderSearch/appendToSystemClassLoaderSearch 來完成這個(gè)任務(wù)。
同時(shí)我們可以注意到，在 agent 的 manifest 里加入 Boot-Class-Path 其實(shí)一樣可以在動態(tài)地載入 agent 的同時(shí)加入自己的 boot class 路徑，當(dāng)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(diǎn)。首先，我們加入到 classpath 的 jar 文件中不應(yīng)當(dāng)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(gè)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(jī)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(gè)類 someclass，但是失敗了，ClassLoader 會記得這一點(diǎn)。即使我們在后面動態(tài)地加入了某一個(gè) jar，含有這個(gè)類，ClassLoader 依然會認(rèn)為我們無法解析這個(gè)類，與上次出錯(cuò)的相同的錯(cuò)誤會被報(bào)告。
再次我們知道在 Java 語言中有一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)“java.class.path”，這個(gè) property 里面記錄了我們當(dāng)前的 classpath，但是，我們使用這兩個(gè)函數(shù)，雖然真正地改變了實(shí)際的 classpath，卻不會對這個(gè) 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(gè)很有意思的事情，Sun 的設(shè)計(jì)師們告訴我們，這個(gè)功能事實(shí)上依賴于 ClassLoader 的 appendtoClassPathForInstrumentation 方法 —— 這是一個(gè)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(shí)上，instrument 包里的這兩個(gè)函數(shù)已經(jīng)可以很好的解決我們的問題了。
我們可以得出結(jié)論，在 Java SE 6新特性里面，instrumentation 包新增的功能 —— 虛擬機(jī)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(qiáng)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(shí)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(gè)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(diǎn)）的出現(xiàn)，則大大強(qiáng)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。
關(guān)于如何理解Java SE 6中的Instrumentation就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對大家有一定的幫助，可以學(xué)到更多知識。如果覺得文章不錯(cuò)，可以把它分享出去讓更多的人看到。
重慶分公司
重慶分公司
