java Agent
java Agent
java Agent本质上可以理解为一个插件，该插件就是一个精心提供的jar包。只是启动方式和普通的jar包有所不同，对于普通的jar包，通过指定类的main函数进行启动。但是java Agent并不能单独启动，必须依附在一个java应用程序运行，在AOP方面应用比较广泛。
Java agent 的jar包通过JVMTI（JVM Tool Interface）完成加载，最终借助JPLISAgent（Java Programming Language Instrumentation Services Agent）完成对目标代码的修改。主要功能如下：
- 可以在加载class文件之前做拦截把字节码做修改
- 可以在运行期将已经加载的类的字节码做变更，但是这种情况下会有很多的限制
还有其他的一些小众的功能
- 获取所有已经被加载过的类
- 获取所有已经被初始化过了的类（执行过了clinit方法，是上面的一个子集）
- 获取某个对象的大小
- 将某个jar加入到bootstrapclasspath里作为高优先级被bootstrapClassloader加载
- 将某个jar加入到classpath里供AppClassloard去加载
- 设置某些native方法的前缀，主要在查找native方法的时候做规则匹配
javaagent是一种能够在不影响正常编译的情况下，修改字节码的技术。JavaAgent 是JDK 1.5 以后引入的，也可以叫做Java代理。JavaAgent 是运行在 main方法之前的拦截器，它内定的方法名叫 premain ，也就是说先执行 premain 方法然后再执行 main 方法。
javaagent是java命令的一个参数，参数 javaagent 可以用于指定一个 jar 包，并且对该 java 包有2个要求：
- 这个 jar 包的MANIFEST.MF 文件必须指定 Premain-Class 项。
- Premain-Class 指定的那个类必须实现 premain()方法。
类冲突问题
类冲突问题并非仅存在于JavaAgent场景中，在Java场景中一直都存在，该问题通常会导致运行时触发NoClassDefFoundError、ClassNotFoundException、NoSuchMethodError等异常。
从使用场景来看，基于JavaAgent技术所实现的工具，往往用于监控、治理等场景，并非企业核心业务程序。如果在使用时引入类冲突问题，可能会造成核心业务程序故障，得不偿失，所以避免向核心业务程序引入类冲突是一个JavaAgent工具的基本要求。
还有一个重要原因是在Java应用中可以于开发态采用依赖的升降级、统一依赖架构治理等手段解决该问题。但基于JavaAgent技术实现的工具作用于运行态，无法在开发态就和需要被增强的Java应用进行统一的依赖管理，所以引入类冲突问题的可能性更大。
Instrumentation工具包
JDK 从5.0开始，提供了一个名为java.lang.instrument的工具包：
借助该包，开发者可以构建一个独立于应用程序的代理（Agent），用来监测和协助运行在 JVM 上的程序，甚至能够动态替换和修改某些类的定义。这样的特性实际上提供了一种虚拟机级别的 AOP 实现。
事实上，java.lang.instrument 包是基于JVMTI机制实现的：
JVMTI(Java Virtual Machine Tool Interface)是一套由java虚拟机提供的一套代理程序机制，可以支持第三方程序一代理的方式连接和访问JVM。JVMTI功能非常丰富，包括虚拟机中线程、内存/堆/栈，类/方法/变量，事件/定时器处理等等。使用JVMTI一个基本的方式就是设置回调函数，在某些事件发生的时候触发并做出相应的动作，这些事件包含虚拟机初始化，开始运行、结束，类的加载，方法出入，线程始末等等。
Instrument 就是一个基于 JVMTI 接口的，以代理方式连接和访问 JVM 的一个 Agent。
实例
下面给出一个简单的Java应用程序，介绍JavaAgent的应用实例：
public class HelloAgent {
public static void premain(String args, Instrumentation inst) {
System.out.println("Hello Agent!");
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello World!");
}
}在该Java应用程序中，我们定义了一个类HelloAgent，并且在其中实现了premain()方法。在premain()方法中，我们简单地输出了一句话"Hello Agent!"。此外，我们还定义了一个main()方法，在其中输出一句话"Hello World!"。
现在我们需要在Java应用程序启动时，自动执行HelloAgent的premain()方法，实现对Java应用程序的增强。为此，我们需要使用Java命令行工具来启动Java应用程序，并且指定JavaAgent参数，如下所示：
java -javaagent:HelloAgent.jar -jar MyApp.jar在上面的命们通过-javaagent参数来指定HelloAgent.jar文件，利用JavaAgent的特性，向MyApp.jar应用程序中动态地添加新的功能。
基本原理
javaAgent利用java提供的Instrumentation Api来对java应用程序进行增强。在java启动时，如果传递了-javaagent参数，则jvm会在启动应用程序之前初始化javaagent,并且调用它的premain()方法来执行java应用程序的代理过程。如果在应用程序启动后需要增强应用程序功能，则可以通过attcach的方式在java应用程序运行时获取Instrumentation 对象，并运行javaAgent的agentmain（）方法来实现java应用程序的增强。
JavaAgent主要涉及class redefinition、class retransformation和instrumentation等Instrumentation API，其中，class redefinition可以实现对已经加载到JVM中的class的重新定义，而class retransformation可以实现对已经加载到JVM中的class的重新转化。Instrumentation API则提供了对Java应用程序字节码的种种操作。通过这些API，JavaAgent就可以实现Java应用程序的增强。
java agent的实现原理涉及到java的Instrumentation Api和java虚拟机类加载机制。java的Instrumentation Api可以再类加载即转换阶段对类进行插桩，而类加载机制可以为javaAgent提供必要的环境，以便实现对java应用程序的增强。
Java的Instrumentation API提供了premain()和agentmain()两个入口。其中，premain()方法在Java应用程序启动前调用，而agentmain()方法可以在应用程序运行时动态加载JavaAgent，并开始执行增强操作。
Java的类加载机制是javaAgent实现的关键。java虚拟机在类装在阶段采用双亲委派模型，即先委派父类加载器加载类，如果父类加载器无法加载类，则交给子类加载器加载。javaAgent可以通过对类加载器的替换和重载，实现对Java应用程序的类进行增强，从而实现Java应用程序的性能监测、AOP编程、业务逻辑封装、安全性增强等功能。
启动时修改主要是在jvm启动时，执行native函数的Agent_OnLoad方法，在方法执行时，执行如下步骤：
- 创建InstrumentationImpl对象
- 监听ClassFileLoadHook事件
- 调用InstrumentationImpl的loadClassAndCallPremain方法，在这个方法里会去调用javaagent里MANIFEST.MF里指定的Premain-Class类的premain方法
运行时修改主要是通过jvm的attach机制来请求目标jvm加载对应的agent，执行native函数的Agent_OnAttach方法，在方法执行时，执行如下步骤：
- 创建InstrumentationImpl对象
- 监听ClassFileLoadHook事件
- 调用InstrumentationImpl的loadClassAndCallAgentmain方法，在这个方法里会去调用javaagent里MANIFEST.MF里指定的Agentmain-Class类的agentmain方法
运行时修改
可以看出整体流程中有两个部分是具有共性的，分别为：
- ClassFileLoadHook
- TranFormClassFile
ClassFileLoadHook是一个jvmti事件，该事件是instrument agent的一个核心事件，主要是在读取字节码文件回调时调用，内部调用了TransFormClassFile函数。
TransFormClassFile的主要作用是调用java.lang.instrument.ClassFileTransformer的tranform方法，该方法由开发者实现，通过instrument的addTransformer方法进行注册。
通过以上描述可以看出在字节码文件加载的时候，会触发ClassFileLoadHook事件，该事件调用TransFormClassFile，通过经由instrument的addTransformer注册的方法完成整体的字节码修改。
对于已加载的类，需要调用retransformClass函数，然后经由redefineClasses函数，在读取已加载的字节码文件后，若该字节码文件对应的类关注了ClassFileLoadHook事件，则调用ClassFileLoadHook事件。后续流程与类加载时字节码替换一致。
在类加载完毕后，对应的想要替换函数可能正在执行，那么何时进行类字节码的替换呢？
由于运行时类字节码替换依赖于redefineClasses，那么可以看一下该方法的定义：
jvmtiError
JvmtiEnv::RedefineClasses(jint class_count, const jvmtiClassDefinition* class_definitions) {
//TODO: add locking
VM_RedefineClasses op(class_count, class_definitions, jvmti_class_load_kind_redefine);
VMThread::execute(&op);
return (op.check_error());
} /* end RedefineClasses */其中整体的执行依赖于VMThread，VMThread是一个在虚拟机创建时生成的单例原生线程，这个线程能派生出其他线程。同时，这个线程的主要的作用是维护一个vm操作队列(VMOperationQueue)，用于处理其他线程提交的vm operation，比如执行GC等。
VmThread在执行一个vm操作时，先判断这个操作是否需要在safepoint下执行。若需要safepoint下执行且当前系统不在safepoint下，则调用SafepointSynchronize的方法驱使所有线程进入safepoint中，再执行vm操作。执行完后再唤醒所有线程。若此操作不需要在safepoint下，或者当前系统已经在safepoint下，则可以直接执行该操作了。所以，在safepoint的vm操作下，只有vm线程可以执行具体的逻辑，其他线程都要进入safepoint下并被挂起，直到完成此次操作。
因此，在执行字节码替换的时候需要在safepoint下执行，因此整体会触发stop-the-world。