Java Agent 从入门到内存马（上）
入门
介绍
注意：这里只是简短的介绍一下，想要详细了解，请看参考资料。
在JDK1.5以后，javaagent是一种能够在不影响正常编译的情况下，修改字节码。
java作为一种强类型的语言，不通过编译就不能够进行jar包的生成。而有了javaagent技术，就可以在字节码这个层面对类和方法进行修改。同时，也可以把javaagent理解成一种代码注入的方式。但是这种注入比起spring的aop更加的优美。
Java agent的使用方式有两种：
•实现premain方法，在JVM启动前加载。•实现agentmain方法，在JVM启动后加载。
premain和agentmain函数声明如下，拥有Instrumentation inst参数的方法优先级更高：
`public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) {` `...``}`` ``public static void agentmain(String agentArgs) {` `...``}`` ``public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {` `...``}`` ``public static void premain(String agentArgs) {` `...``}`
第一个参数String agentArgs就是Java agent的参数。
第二个参数Instrumentaion inst相当重要，会在之后的进阶内容中提到。
premain
要做一个简单的premain需要以下几个步骤：
1.创建新项目，项目结构为：
`agent``├── agent.iml``├── pom.xml``└── src` `├── main` `│ ├── java` `│ └── resources` `└── test` `└── java`
2.创建一个类（这里为com.shiroha.demo.PreDemo），并且实现premain方法。
`package com.shiroha.demo;`` ``import java.lang.instrument.Instrumentation;`` ``public class PreDemo {` `public static void premain(String args, Instrumentation inst) throws Exception{` `for (int i = 0; i < 10; i++) {` ``System.out.println("hello I`m premain agent!!!");`` `}` `}``}`
3.在src/main/resources/目录下创建META-INF/MANIFEST.MF，需要指定Premain-Class。
`Manifest-Version: 1.0``Premain-Class: com.shiroha.demo.PreDemo`
要注意的是，最后必须多一个换行。
4.打包成jar
选择Project Structure -> Artifacts -> JAR -> From modules with dependencies。
默认的配置就行。
选择Build -> Build Artifacts -> Build。
之后产生out/artifacts/agent_jar/agent.jar：
`└── out` `└── artifacts` `└── agent_jar` `└── agent.jar`
5.使用-javaagent:agent.jar参数执行hello.jar，结果如下。
可以发现在hello.jar输出hello world之前就执行了com.shiroha.demo.PreDemo$premain方法。
当使用这种方法的时候，整个流程大致如下图所示：
然而这种方法存在一定的局限性——只能在启动时使用**-javaagent参数指定**。在实际环境中，目标的JVM通常都是已经启动的状态，无法预先加载premain。相比之下，agentmain更加实用。
agentmain
写一个agentmain和premain差不多，只需要在META-INF/MANIFEST.MF中加入Agent-Class:即可。
`Manifest-Version: 1.0``Premain-Class: com.shiroha.demo.PreDemo``Agent-Class: com.shiroha.demo.AgentDemo`
不同的是，这种方法不是通过JVM启动前的参数来指定的，官方为了实现启动后加载，提供了Attach API。Attach API 很简单，只有 2 个主要的类，都在 com.sun.tools.attach 包里面。着重关注的是VitualMachine这个类。
VirtualMachine
字面意义表示一个Java 虚拟机，也就是程序需要监控的目标虚拟机，提供了获取系统信息、 loadAgent，Attach 和 Detach 等方法，可以实现的功能可以说非常之强大 。该类允许我们通过给attach方法传入一个jvm的pid(进程id)，远程连接到jvm上 。代理类注入操作只是它众多功能中的一个，通过loadAgent方法向jvm注册一个代理程序agent，在该agent的代理程序中会得到一个Instrumentation实例。
具体的用法看一下官方给的例子大概就理解了：
`// com.sun.tools.attach.VirtualMachine`` ``// 下面的示例演示如何使用VirtualMachine:` ` // attach to target VM` `VirtualMachine vm = VirtualMachine.attach("2177");`` // start management agent` `Properties props = new Properties();` `props.put("com.sun.management.jmxremote.port", "5000");` `vm.startManagementAgent(props);` `// detach` `vm.detach();` `// 在此示例中，我们附加到由进程标识符2177标识的Java虚拟机。然后，使用提供的参数在目标进程中启动JMX管理代理。最后，客户端从目标VM分离。`
下面列几个这个类提供的方法：
`public abstract class VirtualMachine {` `// 获得当前所有的JVM列表` `public static List<VirtualMachineDescriptor> list() { ... }` ` // 根据pid连接到JVM` `public static VirtualMachine attach(String id) { ... }` ` // 断开连接` `public abstract void detach() {}` ` // 加载agent，agentmain方法靠的就是这个方法` `public void loadAgent(String agent) { ... }` `}`
根据提供的api，可以写出一个attacher，代码如下：
`import com.sun.tools.attach.AgentInitializationException;``import com.sun.tools.attach.AgentLoadException;``import com.sun.tools.attach.AttachNotSupportedException;``import com.sun.tools.attach.VirtualMachine;`` ``import java.io.IOException;`` ``public class AgentMain {` `public static void main(String[] args) throws IOException, AttachNotSupportedException, AgentLoadException, AgentInitializationException {` `String id = args[0];` `String jarName = args[1];`` ` `System.out.println("id ==> " + id);` `System.out.println("jarName ==> " + jarName);`` ` `VirtualMachine virtualMachine = VirtualMachine.attach(id);` `virtualMachine.loadAgent(jarName);` `virtualMachine.detach();` ` System.out.println("ends");` `}``}`
过程非常简单：通过pid attach到目标JVM -> 加载agent -> 解除连接。
现在来测试一下agentmain：
`package com.shiroha.demo;`` ``import java.lang.instrument.Instrumentation;`` ``public class AgentDemo {` `public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) {` `for (int i = 0; i < 10; i++) {` ``System.out.println("hello I`m agentMain!!!");`` `}` `}``}`
成功attach并加载了agent。
整个过程的流程图大致如下图所示：
进阶
Instrumentation
Instrumentation是JVMTIAgent（JVM Tool Interface Agent）的一部分。Java agent通过这个类和目标JVM进行交互，从而达到修改数据的效果。
下面列出这个类的一些方法，更加详细的介绍和方法，可以参照官方文档[1]。也可以看下面的参考资料[2]。
`public interface Instrumentation {` ` // 增加一个 Class 文件的转换器，转换器用于改变 Class 二进制流的数据，参数 canRetransform 设置是否允许重新转换。在类加载之前，重新定义 Class 文件，ClassDefinition 表示对一个类新的定义，如果在类加载之后，需要使用 retransformClasses 方法重新定义。addTransformer方法配置之后，后续的类加载都会被Transformer拦截。对于已经加载过的类，可以执行retransformClasses来重新触发这个Transformer的拦截。类加载的字节码被修改后，除非再次被retransform，否则不会恢复。` `void addTransformer(ClassFileTransformer transformer);`` ` `// 删除一个类转换器` `boolean removeTransformer(ClassFileTransformer transformer);`` ` `// 在类加载之后，重新定义 Class。这个很重要，该方法是1.6 之后加入的，事实上，该方法是 update 了一个类。` `void retransformClasses(Class<?>... classes) throws UnmodifiableClassException;`` ` `// 判断目标类是否能够修改。` `boolean isModifiableClass(Class<?> theClass);`` ` `// 获取目标已经加载的类。` `@SuppressWarnings("rawtypes")` `Class[] getAllLoadedClasses();` ` ......``}`
由于知识点过多和篇幅限制，只先介绍getAllLoadedClasses和isModifiableClasses。
看名字都知道：
•getAllLoadedClasses：获取所有已经加载的类。•isModifiableClasses：判断某个类是否能被修改。
修改之前写的agentmain：
`package com.shiroha.demo;`` ``import java.io.File;``import java.io.FileNotFoundException;``import java.io.FileOutputStream;``import java.io.IOException;``import java.lang.instrument.Instrumentation;`` ``public class AgentDemo {` `public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) throws IOException {` `Class[] classes = inst.getAllLoadedClasses();` `FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(new File("/tmp/classesInfo"));` `for (Class aClass : classes) {` `String result = "class ==> " + aClass.getName() + "\n\t" + "Modifiable ==> " + (inst.isModifiableClass(aClass) ? "true" : "false") + "\n";` `fileOutputStream.write(result.getBytes());` `}` `fileOutputStream.close();` `}``}`
重新attach到某个JVM，在/tmp/classesInfo文件中有如下信息：
`class ==> java.lang.invoke.LambdaForm$MH/0x0000000800f06c40 `` Modifiable ==> false`` ``class ==> java.lang.invoke.LambdaForm$DMH/0x0000000800f06840 `` Modifiable ==> false`` ``class ==> java.lang.invoke.LambdaForm$DMH/0x0000000800f07440 `` Modifiable ==> false`` ``class ==> java.lang.invoke.LambdaForm$DMH/0x0000000800f07040 `` Modifiable ==> false`` ``class ==> jdk.internal.reflect.GeneratedConstructorAccessor29 `` Modifiable ==> true`` ``........`
得到了目标JVM上所有已经加载的类，并且知道了这些类能否被修改。
至于如何修改JVM上的字节码，请听下回分解。
参考资料
1.[JVM源码分析之javaagent原理完全解读](https://developer.aliyun.com/article/2946)
2.[javaagent使用指南]
(https://www.cnblogs.com/rickiyang/p/11368932.html)
3.[Java Agent基本简介和使用]