java jvmti_JVMTI开发教程之一个简单的Agent

概述

JVMTI是JDK提供的一套用于开发JVM监控,问题定位与性能调优工具的通用编程接口(API)。

通过JVMTI，我们可以开发各式各样的JVMTIAgent。这个Agent的表现形式是一个以c/c++语言编写的动态共享库。

JVMTIAgent原理:java启动或运行时，动态加载一个外部基于JVMTI编写的dynamicmodule到Java进程内，然后触发JVM源生线程AttachListener来执行这个dynamicmodule的回调函数。在函数体内，你可以获取各种各样的VM级信息，注册感兴趣的VM事件，甚至控制VM的行为。

JVMTI从功能上大致可以分为4类：

1.Heap

获取所有类的信息，对象信息，对象引用关系，FullGC开始/结束，对象回收事件等。

2.线程与堆栈

获取所有线程的信息，线程组信息，控制线程(start,suspend,resume,interrupt…),ThreadMonitor(Lock)，得到线程堆栈，控制出栈，方法强制返回，方法栈本地变量等。

3.Class&Object&Method&Field元信息

class信息，符号表，方法表，redefineclass(hotswap),retransformclass，object信息，fields信息，method信息等。

4.工具类

线程cpu消耗，classloader路径修改，系统属性获取等。

开发jvmtiagent，简单的来讲，就是开发一个c/c++的共享库。在windows下后缀是dll，linux/unix下是so，mac下就是dylib。所以我们创建工程和编译环境的时候，记得以共享库(sharelibrary)的形式来构建。

JVMTI的启动方式

JVMTI有两种启动方式，第一种是随java进程启动时，自动载入共享库，下文简称方式A。另一种方式是，java运行时，通过attachapi动态载入，下文简称方式B。

方式A的实现方式是通过在java启动时传递一个特殊的option，例子如下：

java-agentlib:=Sample

注意，这里的共享库路径是环境变量路径，例如java-agentlib:foo=opt1,opt2，java启动时会从linux的LD_LIBRARY_PATH或windows的PATH环境变量定义的路径处装载foo.so或foo.dll，找不到则抛异常

java-agentpath:=Sample

这是以绝对路径的方式装载共享库，例如java-agentpath:/home/admin/agentlib/foo.so=opt1,opt2

方式B的实现方式是通过attachapi，这是一套纯java的api，它负责动态地将dynamicmoduleattach到指定进程id的java进程内并触发回调。例子如下：“

import java.io.IOException;

import com.sun.tools.attach.VirtualMachine;

public class VMAttacher {

public static void main(String[] args) throws Exception {

// args[0]为java进程id

VirtualMachine virtualMachine = com.sun.tools.attach.VirtualMachine.attach(args[0]);

// args[1]为共享库路径，args[2]为传递给agent的参数

virtualMachine.loadAgentPath(args[1], args[2]);

virtualMachine.detach();

}

}

AttachAPI位于$JAVA_HOME/lib/tools.jar，所以在编译时，需要将这个jar放入classpath。例如

javac-cp$JAVA_HOME/lib/tools.jarVMAttacher.java

准备开发JVMTIAgent

1.jvmti头文件搜索路径

c/c++应用程序都会用到头文件，为了让共享库编译时能找到jvmti的头文件，我们需要添加2个路径到Includes。

一个指向到$JAVA_HOME/include，另一个指向到$JAVA_HOME/include/linux，windows下为$JAVA_HOME/include/windows

例如：g++-I/home/kenwu/jdk1.6.0_24/include-I/home/kenwu/jdk1.6.0_24/include/linux

上面是以命令行方式编译，如果你使用的是IDE，请在相应位置添加Includes.

2.源码引入jvmti.h头文件

jvmti.h头文件里包含了所有jvmti要用到的数据结构和回调函数定义。#include

3.确定JVMTI的启动方式，引入回调函数

方式A引入的回调函数如下：JNIEXPORTjintJNICALL

Agent_OnLoad(JavaVM*vm,char*options,void*reserved)

方式B引入的回调函数如下：JNIEXPORTjintJNICALL

Agent_OnAttach(JavaVM*jvm,char*options,void*reserved){

卸载共享库时的回调函数(通用)：JNIEXPORTvoidJNICALLAgent_OnUnload(JavaVM*vm)

我们可以看到，方式A和方式B提供的回调函数，参数是一样的。

三个参数分别是jvm,options,reserved.

jvm变量是JVM传递给共享库的上下文。通过jvm变量，我们可以创建jvmti环境上下文。需要注意的是，jvmti上下文不同于jvm上下文，这从jvm变量类型定义的函数上可以看出。

options是外部传入的参数。比如前面例子里给的opt1,opt2，它仅仅是一个字符串。

reserved，这是一个预留参数，我们不必关心它。

开发一个简单的JVMTIAgent

下面，给大家演示开发一个的简单Agent.“

Agent代码：

/*

* Just a simple agent using JVMTI.

*

* Created on: 2011-3-3

* Author: kenwu

*/

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

JNIEXPORT jint JNICALL Agent_OnAttach(JavaVM *jvm, char *options,

void *reserved) {

jvmtiEnv *jvmti;

jint result = jvm->GetEnv((void **) &jvmti, JVMTI_VERSION_1_1);

if (result != JNI_OK) {

printf(“ERROR: Unable to access JVMTI!n“);

}

jvmtiError err = (jvmtiError) 0;

jclass *classes;

jint count;

err = jvmti->GetLoadedClasses(&count, &classes);

if (err) {

printf(“ERROR: JVMTI GetLoadedClasses failed!n“);

}

for (int i = 0; i < count; i++) {

char *sig;

jvmti->GetClassSignature(classes[i], &sig, NULL);

printf(“cls sig=%sn“, sig);

}

return err;

}

JNIEXPORT void JNICALL Agent_OnUnload(JavaVM *vm) {

// nothing to do

}

功能是打印jvm内所有已经装载成功的class签名。

完成Agent源码的编写后，我们来编译它。BASE_HOME=`pwd`

INCLUDES=”-I$JAVA_HOME/include-I$JAVA_HOME/include/linux”

g++$BASE_HOME/src/agent.cpp$INCLUDES-Wall-Wno-deprecated-fPIC–share-o$BASE_HOME/libtestagent.so

例子中的BASE_HOME为笔者的工程根目录，请自行替换。

编译完后，我们需要准备一个java进程的Attach工具类。最简单的实现方式，就是直接写一个带main的javaapplication。

笔者将上文中提到的VMAttacher例子稍做了一下修改：importjava.io.IOException;

importcom.sun.tools.attach.VirtualMachine;

publicclassTestAgentVMAttacher{

publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{

Stringpid=“12345″;//12345改成你想attach的java进程id

StringagentPath=“/path_to_agent”;//path_to_agent为你编译的agent的路径

VirtualMachinevirtualMachine=com.sun.tools.attach.VirtualMachine.attach(pid);

virtualMachine.loadAgentPath(agentPath,null);

virtualMachine.detach();

}

}

最后，运行这个javaapplication。如果你的console能看到如下输出，说明agentload并运行成功：“

cls sig=Lsun/jkernel/DownloadManager$1;

cls sig=Lsun/nio/cs/StandardCharsets$Cache;

cls sig=Lsun/misc/URLClassPath;

cls sig=Ljava/nio/HeapCharBuffer;

cls sig=Lsun/nio/ByteBuffered;

cls sig=Ljava/lang/StringCoding$StringDecoder;

cls sig=Ljava/lang/reflect/Modifier;

cls sig=Ljava/util/Collections;

….

PS：灵活使用AttachAPI，还可以实现更多高级的功能，在本文中不再赘述。

总结

通过本文的学习，你了解了JVMTI，学会了如何配置JVMTI开发环境，并在自己搭建的环境中开发了一个简单的打印所有已装载class签名的agent。

在下一节中，我们将深入到JVMTIHeap相关的各个函数，利用这些函数实现一个多功能的堆内存分析程序。