今天，我想谈一谈我们大多数人每天都不会看到和使用的另一种Java，更确切地说，是有关较低级别的绑定，一些本机代码以及如何执行一些小的魔术。 尽管我们不会在JVM上找到真正的魔力源，但是在单个帖子的范围内可以实现一些小奇迹。

我花了整整一天的时间在ZeroTurnaround的RebelLabs团队进行研究，编写和编码，该公司为Java开发人员创建工具，这些工具主要以javaagents的身份运行。 通常情况下，如果您想在不重写JVM的情况下增强JVM或在JVM上获得任何不错的功能，则必须深入研究Java代理的美丽世界。 这些有两种风格：Java javaagents和本机Javaagents。 在这篇文章中，我们将集中讨论后者。

注意， XRebel产品负责人Anton Arhipov的这个GeeCON Prague演示文稿是学习完全用Java编写的javaagents的一个很好的起点： 与Javassist一起玩 。

在本文中，我们将创建一个小型的本机JVM代理，探讨将本机方法公开到Java应用程序中的可能性，并了解如何利用Java虚拟机工具接口 。

如果您想从这篇文章中找到实用的方法，我们将能够在扰乱警报的情况下计算堆中存在给定类的实例数量。

想象一下，您是圣诞老人值得信赖的黑客精灵，而这位大人物对您来说面临以下挑战：

圣诞老人： 我亲爱的Hacker Elf，您能否编写一个程序来指出JVM堆中当前隐藏了多少个Thread对象？

另一个不愿意挑战自己的小精灵会回答： 这很容易直接，对吗？

return Thread.getAllStackTraces().size();

但是，如果我们要过度设计解决方案以能够回答有关任何给定类的问题，该怎么办？ 说我们要实现以下接口？

public interface HeapInsight {int countInstances(Class klass);
}

是的，那是不可能的，对吧？ 如果您将String.class作为参数接收怎么办？ 不用担心，我们只需要更深入地研究JVM的内部结构。 JVMTI作者可以使用的一件事是JVMTI （Java虚拟机工具接口）。 它是很久以前添加的，许多看似神奇的工具都在使用它。 JVMTI提供两件事：

• 本机API
• 一种工具API，用于监视和转换装入JVM的类的字节码。

就我们的示例而言，我们需要访问本机API。 我们要使用的是IterateThroughHeap函数，该函数使我们可以提供一个自定义回调，以对给定类的每个对象执行该回调。

首先，让我们创建一个本地代理，该代理将加载和回显某些内容，以确保我们的基础架构能够正常工作。

本机代理是用C / C ++编写的东西，并编译成一个动态库，在我们甚至开始考虑Java之前就已经加载了。 如果您不精通C ++，请不要担心，没有很多精灵，也不会很难。 我使用C ++的方法包括2种主要策略：巧合编程和避免段错误。 因此，由于我设法编写了这篇文章的示例代码并对其进行了注释，因此，我们可以一起研究一下。 注意：以上段落应作为免责声明，请勿将此代码置于任何对您有价值的环境中。

这是创建第一个本机代理的方法：

#include
#include using namespace std;JNIEXPORT jint JNICALL Agent_OnLoad(JavaVM *jvm, char *options, void *reserved)
{cout << "A message from my SuperAgent!" << endl;return JNI_OK;
}

该声明的重要部分是声明一个名为Agent_OnLoad的函数，该函数遵循动态链接的代理的文档 。

将文件另存为例如native-agent.cpp ，让我们看看我们可以做些什么来变成一个库。

我在OSX上，因此我使用clang对其进行编译，以节省一些时间，下面是完整的命令：

clang -shared -undefined dynamic_lookup -o agent.so -I /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0.jdk/Contents/Home/include/ -I /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0.jdk/Contents/Home/include/darwin native-agent.cpp

这将创建一个agent.so文件，该文件是准备为我们服务的库。 为了测试它，让我们创建一个虚拟的hello world Java类。

package org.shelajev;
public class Main {public static void main(String[] args) {System.out.println("Hello World!");}
}

当你用正确的-agentpath选项指向agent.so运行它，你应该看到下面的输出：

java -agentpath:agent.so org.shelajev.Main
A message from my SuperAgent!
Hello World!

做得好！ 现在，我们拥有一切使之真正有用的地方。 首先，我们需要一个jvmtiEnv实例，当我们位于Agent_OnLoad中时 ，可以通过JavaVM * jvm获得该实例 ，但以后将不可用。 因此，我们必须将其存储在可全局访问的位置。 我们通过声明一个全局结构来存储它。

#include
#include using namespace std;typedef struct {jvmtiEnv *jvmti;
} GlobalAgentData;static GlobalAgentData *gdata;JNIEXPORT jint JNICALL Agent_OnLoad(JavaVM *jvm, char *options, void *reserved)
{jvmtiEnv *jvmti = NULL;jvmtiCapabilities capa;jvmtiError error;// put a jvmtiEnv instance at jvmti.jint result = jvm->GetEnv((void **) &jvmti, JVMTI_VERSION_1_1);if (result != JNI_OK) {printf("ERROR: Unable to access JVMTI!\n");}// add a capability to tag objects(void)memset(∩a, 0, sizeof(jvmtiCapabilities));capa.can_tag_objects = 1;error = (jvmti)->AddCapabilities(∩a);// store jvmti in a global datagdata = (GlobalAgentData*) malloc(sizeof(GlobalAgentData));gdata->jvmti = jvmti;return JNI_OK;
}

我们还更新了代码，以添加标记对象的功能，这是我们遍历堆所需的。 现在准备工作已经完成，我们已经初始化了JVMTI实例并且可供我们使用。 让我们通过JNI将其提供给我们的Java代码。

JNI代表Java本机接口 ，这是将本机代码调用包含到Java应用程序中的一种标准方式。 Java部分将非常简单，将以下countInstances方法定义添加到Main类：

package org.shelajev;public class Main {public static void main(String[] args) {System.out.println("Hello World!");int a = countInstances(Thread.class);System.out.println("There are " + a + " instances of " + Thread.class);}private static native int countInstances(Class klass);
}

为了适应本机方法，我们必须更改本机代理代码。 我将在稍后解释，但现在在其中添加以下函数定义：

extern "C"
JNICALL jint objectCountingCallback(jlong class_tag, jlong size, jlong* tag_ptr, jint length, void* user_data)
{int* count = (int*) user_data;*count += 1; return JVMTI_VISIT_OBJECTS;
}extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL Java_org_shelajev_Main_countInstances(JNIEnv *env, jclass thisClass, jclass klass)
{int count = 0;jvmtiHeapCallbacks callbacks;
(void)memset(&callbacks, 0, sizeof(callbacks));
callbacks.heap_iteration_callback = &objectCountingCallback;jvmtiError error = gdata->jvmti->IterateThroughHeap(0, klass, &callbacks, &count);return count;
}

Java_org_shelajev_Main_countInstances在这里更有趣，它的名称遵循约定，以Java_开头，然后是_分隔的完全限定的类名，然后是Java代码中的方法名。 另外，请不要忘记JNIEXPORT声明，该声明指出该函数已导出到Java世界中。

在Java_org_shelajev_Main_countInstances内部，我们将objectCountingCallback函数指定为回调，并使用Java应用程序中的参数调用IterateThroughHeap 。

请注意，我们的本机方法是静态的，因此C副本中的参数为：

JNIEnv *env, jclass thisClass, jclass klass

对于实例方法，它们将有所不同：

JNIEnv *env, jobj thisInstance, jclass klass

这里的thisInstance指向Java方法调用的this对象。

现在， objectCountingCallback的定义直接来自文档 。 身体无非就是增加一个int。

繁荣！ 全做完了！ 感谢您的耐心等待。 如果您仍在阅读本文，则可以测试上面的所有代码。

再次编译本机代理并运行Main类。 这是我看到的：

java -agentpath:agent.so org.shelajev.Main
Hello World!
There are 7 instances of class java.lang.Thread

如果我添加一个线程t = new Thread（）; 行到main方法，我在堆上看到8个实例。 听起来好像真的可行。 您的线程数几乎肯定会有所不同，不用担心，这是正常现象，因为它确实计入了JVM簿记线程，进行编译，GC等操作。

现在，如果我想计算堆上String实例的数量，只需更改参数类即可。 我希望圣诞老人是一个真正通用的解决方案。

哦，如果您有兴趣，它会为我找到2423个String实例。 对于小型应用程序来说，这个数字相当高。 也，

return Thread.getAllStackTraces().size();

给我5个而不是8个，因为它不包括簿记线程！ 谈论琐碎的解决方案，是吗？

现在，您已经掌握了这些知识，并且知道了本教程，并不是说您已经准备好编写自己的JVM监视或增强工具，但这绝对是一个开始。

在本文中，我们从零开始编写了本机Java代理，该代理成功编译，加载和运行。 它使用JVMTI来获取对JVM的了解，否则无法访问。 相应的Java代码调用本机库并解释结果。

这通常是最神奇的JVM工具所采用的方法，我希望其中的一些魔术已为您揭开神秘面纱。

翻译自: https://www.javacodegeeks.com/2014/12/own-your-heap-iterate-class-instances-with-jvmti.html