Java 探针的原理

Java 探针的原理其实核心就四个字：
字节码增强

一、Java 探针的核心机制

Java 探针一般是通过 Java Agent 技术实现的，依赖于 JVM 提供的 Instrumentation 接口。

1. Java Agent

• JVM 启动时，可以通过 -javaagent:xxx.jar 加载一个探针 Jar 包。
• 这个 Jar 包里需要有一个入口类，并实现 premain(String args, Instrumentation inst) 方法。
• JVM 启动时会先调用 premain，然后再运行你的应用 main 方法。

2. Instrumentation

• Instrumentation 提供了操作 类加载 的能力。
• 可以注册 ClassFileTransformer，在类被加载进 JVM 时，修改它的字节码。
• 借助 ASM、Javassist 等字节码工具，就能在目标类的方法前后插入代码。

3. 探针的运行逻辑

1. JVM 启动时加载探针 Jar。
2. 探针注册一个 Transformer。
3. 当某个类加载时，探针修改它的字节码（比如在方法入口/出口插入埋点）。
4. 应用运行时，探针代码也随之运行，实现监控/拦截/增强。

二、Java 探针常见应用

1. 性能监控 (APM)

   • 拦截 HTTP 请求方法，记录调用链。
   • 拦截 JDBC，记录 SQL 和执行时间。
   • 采集 JVM 指标（GC、内存、线程）。

2. 安全防护 (RASP)

   • 在 Servlet 的 doFilter 拦截请求，检测 SQL 注入/XSS。
   • 在 FileInputStream、Socket 等 API 上插入检测逻辑。

3. 诊断工具

   • Arthas、BTrace 这些工具就是探针。
   • 在运行时动态 attach 探针，修改类行为，不用重启应用。

---

三、简单示例：打印方法执行时间的探针

Agent.java

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class Agent {
    public static void premain(String args, Instrumentation inst) {
        System.out.println("Java Agent Loaded!");
        inst.addTransformer(new MyTransformer());
    }
}

MyTransformer.java（用 Javassist 修改字节码）

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.security.ProtectionDomain;
import javassist.*;

public class MyTransformer implements ClassFileTransformer {
    @Override
    public byte[] transform(ClassLoader loader, String className,
                            Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain,
                            byte[] classfileBuffer) {
        if ("com/example/DemoService".equals(className)) {
            try {
                ClassPool pool = ClassPool.getDefault();
                CtClass ctClass = pool.get("com.example.DemoService");
                CtMethod method = ctClass.getDeclaredMethod("process");

                method.addLocalVariable("start", CtClass.longType);
                method.insertBefore("start = System.currentTimeMillis();");
                method.insertAfter("System.out.println(\"耗时: \" + (System.currentTimeMillis()-start) + \"ms\");");

                return ctClass.toBytecode();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return classfileBuffer;
    }
}

运行时：

java -javaagent:my-agent.jar -jar app.jar

这样 DemoService.process() 方法就会自动打印耗时。

四、总结

• Java 探针原理 = JVM 的 Instrumentation API + 字节码增强技术。

• 关键点：

  • 通过 -javaagent 在 JVM 启动时加载。
  • 修改类字节码，在方法前后插入探针逻辑。
  • 适合做性能监控、安全防护、诊断。