在字节码增强解密（上）的章节中，给大家介绍了字节码的基本结构、主流的字节码增强构架、以及各个架构的优缺点和应用建议。在本章节中，将从字节码的重载、JavaAgent、Dynamic Attach、以及对在线Debug的高级应用展开分析，给大家详细分解下字节码增强的实际应用。让你真正体会下字节码增强技术带来的丝般顺滑体验。
一、字节码的重载
在上一章节中，我们介绍了使用ASM、CGlib和Javassit字节码增强框架来对Class字节码文件进行增强，并且在我们的示例中，使用新的Main函数来启动程序并进行功能增强。但在实际的应用当中，这似乎并不符合我们的要求，因为我们的系统一直都在生产环境运行着，一直都在不间断的提供着服务；我们不可以为了让其生效而重启我们整个系统；那么我们应该如何做呢？是的没错，字节码的重载技术，正是让已增强的字节码文件生效。那么具体的重载技术都有哪些呢？
1、自定义ClassLoader来重新加载到JVM
如果我们使用同一个ClassLoader多次加载相同名称的Class时，并不能如愿的让动态增强后的类生效，但是我们却可以使用一个新的ClassLoader来加载增强后的类到JVM，然后做好相应的状态恢复，对旧ClassLoader进行卸载等动作。Tomcat的动态部署其实就是监听war变化，然后调用StandardContext.reload()，用新的WebContextClassLoader实例来加载新的war包，最后再初始化servlet。
2、生成新类然后直接加载到JVM（就是更改类名，包括继承）
与上面的方法类似，我们可以将增强后的类进行重命名，然后使用现有的ClassLoader来加载到JVM。通常这种方式适用于继承或者接口实现的场景，便于在程序中调用。使用的方法就是加载到JVM后，直接newInstance创建对象即可。这种方式最简单直接，易于使用。
3、替换原来的Class定义后重新载入JVM
除去换ClasssLoader和更改类名外，我们也可以在JVM加载Class时进行拦截，然后返回修改后的字节码；或者是在系统运行时动态的替换掉原来的字节码；而在实际应用中，该方法则是使用最为普遍的方法，同时也是最为复杂的一种。接下来我们也将重点介绍该方案的具体实现。需要使用到的技术包括：JVMTI、JavaAgent、Attach技术
二、JVMTI
即JVM工具接口，从JDK1.5开始支持，是一套对JVM进行操作的工具接口，可以通过这些工具接口注册JVM各种事件，在JVM事件触发时被同时触发执行（钩子），这里的事件包括：类文件加载、异常产生与捕获、线程启动和结束、成员变量修改、GC开始和结束、方法调用/进入/退出、VM启动与退出等等。
有了它才真正具备给JVM“开挂”的基础。有了它才能真正发挥字节码增强技术的最大价值。
三、Java Agent
Agent其实就是JVMTI的一种实现，可以在启动JVM时使用-javaagent入参指定一个Agent的jar包。会在启动JVM的时候同时运行你的Agent应用。
命令如：java -javaagent:myAgent.jar=xxxx -jar myProgram.jar
Agent根据启动的时机可分为2种：
第一种是跟随JVM启动而启动（上面命令行则是属于这种方式）
第二种是在JVM运行时通过Attach技术载入。
看到这里，你或许已然明白，正是因为有Agent的存在，以及它的两种启动方式，可以让我们根据实际的情况灵活的选择字节码增强方式：前者可以拦截Class的加载，后者可以动态的替换原来的Class。
如何开发一个Agent应用？？？
Agent主要由2部分组成：MANIFEST.MF文件以及Agent的入口类。
MANIFEST文件：
是在jar包内的META-INF/MANIFEST.MF文件，可以在工程内手动创建，也可以在Maven的build插件里进行配置。
文件最终配置的内容如下：
Agent的入口类：
注：该入口类中必须至少实现以下2个main方法的其中之一，或者2者全部实现，根据实际启动时机来定，如果2者都实现了则2种启动方式同时支持。
上面实现的2个方法中，会接收一个Instrumentation类对象，而该类的最大作用则是类定义的动态改变和操作，需要重点关注的方法有：
四、Dynamic Attach
Attach：简单点说Attach就是jdk提供的一种jvm进程间通信的能力，能让一个进程传命令给另外一个进程，并让它执行一些操作，将结果返回。
根据操作的方式Attach又分2种方式：
方式一、通过sun.tools进行Attach（以arthas诊断工具为例）
方式二：直接和JVM进行通信式的Attach（由于太原生了，这种方式更直接但也更复杂，因为它够原生，简单介绍下原理即可）
JVM提供了一种特殊机制，允许使用Socket的方式与其他进程进行通信。具体的方式如下：
1、首先建立/tmp/.attach_pid的空文件
2、然后向目标JVM发送一个SIGQUIT信号，JVM会主动异步创建一个/tmp/.java_pid的Socket文件
3、当前主程序当然是等待.java_pid文件的创建，创建成功后则可连接这个地址，建立与JVM的通信。连接的方式则是socket方式。
4、连接建立成功后就可以向JVM发起执行命令了。
五、字节码增强的高级应用（在线Debug系统）
截止到目前，您已经基本掌握了字节码增强的要点，接下来我们也从实际需求出发，一起分析下字节码增强技术的强大功能实现 - 在线Debug系统。
你应该经常在IDE上进行断点调试（除非你不是一个合格的程序猿），这种非常直观的、高效的排错体验，让我产生了将Debug功能搬到线上，对生产环境系统进行在线Debug的想法，为快速排查线上问题提供有效手段。经过一个月的努力，系统终于发布，并且支持内网穿透、跨机房、跨环境、安装即用的在线诊断平台。接下来就和大家一起分析下具体的实现细节。
具备的能力/功能模块：
1、跨机房、跨环境的能力
由于公司的各业务系统均为多机房部署，同时线下还有测试环境、预发环境，为了尽量多的覆盖适用范围，我们决定支持跨机房、跨环境的能力。
2、“内网穿透”的能力
由于Debug系统部署于生产环境，如要对线下环境/预发环境（内网）的机器进行Debug，则必须具有“内网穿透”的能力，可以让诊断命令从线上机器发往公司内网环境各机器。
3、在线Debug的核心模块 - 我们称之为“诊断器”
要能够对目标机器的JVM进行Debug，就必须要有一段程序运行于目标机器，并且Aattach到目标JVM，对其类进行增强，接收来自前台的诊断指令，实现Debug能力。
4、安装即用的能力
所有业务系统都在正常的跑着，不间断的提供着服务，有的甚至已经好几年没有重启过服务。如果需要进行在线Debug，不能对业务系统有侵入性，操作简便，因此需要安装即用、超时卸载。方便使用的同时，最大化的减少目标机器的资源占用。
5、数据中心
由于诊断的目标代码被执行的时机是不确定的，所以当在目标机器安装“诊断器”，并向其发起Debug指令后，Debug的诊断结果也并非是实时的，整个系统大部分为异步交互，然后在产生诊断结果后上报到该数据中心，后输出到前端页面呈现给用户。
接下来分析下我们的核心所在-“诊断器”的实现：（注：暂不介绍其他模块，并非本篇文章重点）
毫无疑问，字节码增强技术将是本系统的核心所在。需要动态的对目标类进行增强：添加断点钩子。当程序执行到这些钩子时，实时的记录下当前所在断点行的全局变量、局部变量、静态变量、以及调用堆栈信息。然后上报给数据中心，最终呈现给用户。
1、源码反编
为了提供友好的交互界面，需要反编对应类的源码供查看，然后在该类的行号上点击并添加断点。
那如何反编源码呢？JDK有自带的javap，但都并不能输出代码块内容啊~~~，别着急，这是有现成的三方实现的，JAVA反编工具CRF，几行代码快速搞定。
2、类的行号解析
要在某类上添加断点，当然需要知道哪一行执行什么代码，以及该行号是否有可执行代码。我们不允许你添加一个没有可执行代码的断点的。
如果你看过字节码增强解密的上半部分，你应该就知道字节码是按约定的结构进行的存储，按指定的方式进行解析就能得知某一行对应的指令（代码块），你需要做的则是将它们暂时存起来，在添加断点时做为判断的依据。实现的方式则是（以ASM框架为例）：继承自ClassVisitor、MethodVisitor可分别对类和方法进行操作，重写ClassVisitor内部的visitMethod方法，使用MethodVisitor类可对行号进行解析，并记录下对应行号和代码块。参见代码如下：
@Override
public MethodVisitor visitMethod(final int access,
final String methodName,
final String desc,
final String signature,
final String[] exceptions) {
final MethodVisitor superMV = super.visitMethod(access, methodName, desc, signature, exceptions);
final String methodUniqueName = methodName + desc;
return new MethodVisitor(ASM_VERSION, superMV) {
private final Map<String, Integer> labelLineMapping = new HashMap<>();
@Override
public void visitLineNumber(final int line, final Label start) {
labelLineMapping.put(start.toString(), line);
}
@Override
public void visitLocalVariable(final String name,
final String desc,
final String signature,
final Label start,
final Label end,
final int index) {
super.visitLocalVariable(name, desc, signature, start, end, index);
classMetadata.addVariable(methodUniqueName,
new LocalVariable(name, desc, labelLine(start), labelLine(end), index));
}
private int labelLine(final Label label) {
final String labelId = label.toString();
if (labelLineMapping.containsKey(labelId)) {
return labelLineMapping.get(label.toString());
}
return Integer.MAX_VALUE;
}
};
}
3、添加断点
到此准备工作已基本做好，很简单是不是？接下则是添加断点了；添加断点其实是对类进行增强，在指定行埋点一个钩子，当发现执行到当前代码行时获取当前信息并记录。
具体的实现方法：新增XXClassVisitor继承自AdviceAdpter，通过重写其中的visitLineNumber方法添加断点钩子，钩子的代码当然则是获取并记录当前全局变量、类变量、局部变量、调用堆栈的信息。参见代码如下：
4、数据上报
定期扫描各断点的执行结果，并上报到数据中心。到此核心功能已基本完成。
结语：字节码增强技术作为众多三方框架/开源框架的底层核心技术，足见其功能的强大和应用的普遍。在日常的业务系统研发中，或许你并不直接使用到字节码增强，但实际它却在系统的某个角落默默的担负着核心的作用。你不应该选择忽视它，你需要将它擅长的事情全都交给它。
