基于javaAgent和ASM字节码技术跟踪java程序调用链

作者：李家琦        评阅人：高邱雅   鹿凯翔

本文主要介绍如何使用javaAgent和ASM技术对java程序的方法调用进行跟踪，获得运行时方法之间的调用关系和方法的运行时间等信息，可以用于理解程序结构、了解方法实际执行时间、分析程序性能瓶颈等场景。使用javaAgent技术在程序加载字节码文件时，获取字节码并返回一个修改过的字节码文件，利用ASM技术可以对字节码进行增强，从而获取目标方法的运行状态。使用这种方式的好处是，可以在对代码没有入侵的情况下实现跟踪。

本项目中使用JDK8进行开发，并使用maven进行依赖管理。

java.lang.Instrument包是在JDK5引入的，开发者可以通过修改方法的字节码实现动态修改类代码。下面先介绍一些相关概念：

JVMTI 首先需要介绍下JVMTI（JVM Tool Interface）,它是JVM暴露出来的一些供开发者扩展的接口集合，当执行到某段程序时会调用某些回调接口，开发者可以利用这些接口扩展自己的逻辑。例如，在本项目中我们希望能够在JVM加载字节码时，获取到字节码并对其进行修改。

JVMTIAgent JVMTIAgent是一个动态库，它可以利用JVMTI暴露出的一些接口来实现一些特殊的功能。它有两种加载方式，可以在程序启动时加载，也可以在程序运行时动态进行加载。在我们使用eclipse、IDEA等IDE运行或者调试java代码时，它们就会在启动程序时加入相关参数，比如使用IDEA运行java程序，留意控制台最上方的输出，就会发现类似于如下的内容：

instrument agent instrument是JVM 提供的一个 JVMTIAgent，windows环境下可以在jdk bin目录中找到一个叫做 instrument.dll的动态链接库。

使用instrument agent 首先需要实现一个包含premain的类，，如下所示

在premain方法中，可以获得一个Instrumentation对象，我们可以向其中加入一个ClassFileTransformer对象，Transformer对象的实现如下所示：

这样就可以在JVM加载字节码文件时，获取到字节码并进行修改。然后，还需要在MANIFEST.MF中加入Premain-Class，并将程序打成jar包的形式（本项目中将程序的相关依赖也一并打进jar包），以便在目标程序中使用。使用maven插件进行打包，如下所示：

最后，在运行目标程序时，只需要添加 javaagent参数即可，如下所示：

需要注意的是，一个java程序中-javaagent这个参数的个数是没有限制的，所以可以添加任意多个javaagent。所有的javaagent会按照运行时的参数顺序执行。此外，javaagent需要放在包含main方法的jar包之前，否则javaagent不会起作用。每一个java agent 都可以接收一个字符串类型的参数，也就是premain中的agentArgs。

当访问到类中的每个方法时，会调用visitMethod方法，产生一个MethodVisitor对象来访问这个方法。在这里忽略了构造函数和类的静态代码块。对于java中的构造函数，我们知道它第一个调用的方法一定是父类的构造函数，当对字节码修改构造函数时，情况会有些复杂，这里暂不讨论。下面我们来实现一个MethodVisitor对象：