UAV MOF工作原理之Agent注入機制原理

一、前言

MOF（Moniter Framwork）作為UAV應用數據捕獲框架，不但實現了對應用無侵入的數據捕獲，而且在框架層面實現了功能的靈活控制，并且保證了良好的可擴展性，在UAV中具有舉足輕重的地位。

MOF Agent注入機制作為UAV MOF工作的基礎，也為UAV無侵入捕獲應用數據提供可能。UAV Agent代碼注入機制結合javaagent（premain）和javaassist技術，在應用字節碼加載到JVM之前進行字節碼改寫。通過適配器適配（adaptor）不同應用服務器，目前支持的包括Tomcat（6+）、SpringBoot、Jetty（7+）等，結合攔截器（interceptor）實現對不同應用服務器切點，為MOF框架和應用數據捕獲提供基礎。

二、Java Agent技術

自JDK1.5開始, JDK中引入了java.lang.Instrument包，提供在Java程序類加載之前修改class字節碼和運行時動態修改系統中Class類型的能力，其中一個核心概念即Java Agent，可以理解為一個字節碼轉換器或者Class對象轉換器。針對字節碼轉化和Class對象轉化，Java agent分別提供了相應的方式，即Java agent premain方式和Java agent agentmain方式。UAV MOF使用的是Java agent premain方式，因此本文主要講解該轉化方式。

Java agent premain方式提供了在字節碼class文件被JVM加載之前攔截并修改的神奇能力，目前基本所有基于探針的監控系統（如ONEAPM Servers）都是基于這種能力實現的對應用的無侵入監控。Java agent premain中有兩個重要的概念，分別是premain和transformer。

premain將在程序的main方法之前執行，我們知道程序的入口是main方法，premain代表了在程序正式啟動之前執行的動作，具備類似AOP的能力。transformer，寓意轉化器，提供字節碼文件流轉化的能力。

圖1 Class文件轉化圖

集合premain和transformer兩大神器，可以對加載進JVM的任意Class文件進行修改。其流程如圖1所示，任何Class文件加載時候，都要經過premain這一關卡，通過一系列的transformer，Class字節碼文件流最終變成那個完美的它，然后被加載到JVM中。當然，修改Class字節碼文件流的動作是在transformer中進行的。這就有個問題，拿到了字節碼文件流，怎么修改呢？當然是發揮人類的特長，借助工具，比如說javassist。

三、Javassist技術

Javaassist是一個開源的分析、編輯和創建Java字節碼的類庫，能運行時動態生成類，修改類，并且能直接使用java編碼。

前文Java agent技術中，在transformer中拿到了類的字節碼文件流，利用Javaassist解析字節碼流為類對象，并對其進行修改，非常快速便捷。Javassist與Java agent結合將事半功倍。關于Javaassist的使用還請參考官網http://www.javassist.org。

四、MOF Agent注入機制

前文中介紹了一對好伙伴：Javaagent技術和Javassit技術。Java agent負責攔截和轉換字節碼流，轉換的過程中使用Javaassist進行解析和修改。此兩者技術為MOF Agent注入機制提供了技術基礎。相信小伙伴對MOF Agent注入機制已經有了一定了猜想。

圖2為MOF Agent的組件圖，MOFAgent基于java agent premain技術實現，攔截所有加載的Class字節碼文件流；并通過UAV的transformer（MOFClsTransformer）進行字節碼劫持和轉化。UAV做的不僅僅是這些，還能自動感知不同應用服務器，并對不同應用服務器生命周期中的重要位置注入切點。UAV通過適配器（Adaptor）進行不同應用服務適配，通過攔截器（interceptor）進行具體的切點注入實現。

圖2 MOF Agent組件圖

MOFAgent注入機制將對應用服務器生命周期中關鍵位置注入切點，為MOF框架初始化、應用的畫像信息和實時監控數據信息捕獲提供基礎。MOF Agent注入的不同切點會產生不同的事件，通過事件驅動后續MOF框架。MOF支持的主要切點如下：

1）應用服務器入口

應用服務器入口切點，UAV將完成MOF Jar包加載和配置文件初始化；

2）應用服務器啟動

應用服務器啟動時，切將保證UAV MOF將隨應用服務器啟動完成MOF內部代碼的自啟動和初始化；

3）應用服務器請求處理和回復

應用服務器請求和回復切點，是UAV對應用實時監控數據捕獲的重要切點，監控應用服務器，應用，所有的URL的性能指標；

4）應用初始化

應用初始化切點時，UAV將對應用的Filter進行改寫，支持MOF的Global Filter機制；同時完成對應用畫像信息進行捕獲等；

5）應用停止

應用停止時切點，UAV將完成MOF相關機制的停止等操作

本文主要目的是讓讀者了解UAV MOF Agent代碼注入機制原理和相關實現。MOF中其它重要框架及其實現原理將會在后續文章中依次剖析。

作者：曾禮

首發：UAVStack智能運維

來源：宜信技術學院