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oldmanpushcart/sandbox-module-example

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JVM-SANDBOX模块编写EXAMPLE

利用JVM-SANDBOX窥探JVM应用的SOCKET数据

开始编写一个MODULE

JVM-SANDBOX是一个强大的AOP框架，既然是强大的，那我们就得用来做一些有别于其他框架的事情。究竟写一个什么作为入门例子比较好呢？既然要特别，那我们就来写一个观察JVM应用的SOCKET通讯的例子吧！

JDK8(Hotspot)的SOCKET类分析

我们以JDK8(Hotsport)的Socket类为例，所有的SOCKET字节流必定流经过java.net.SocketInputStream和java.net.SocketOutputStream，所以我们可以在这两个类上做文章，以此来达到目的。

开始搭建工程

从1.0.14开始，JVM-SANDBOX释出了sandbox-module-starter模块，方便大家更快速的开发模块。

<parent>
	<groupId>com.alibaba.jvm.sandbox</groupId>
	<artifactId>sandbox-module-starter</artifactId>
	<version>1.0.14</version>
</parent>

构建POM

  • 首先我们创建一个maven工程：sandbox-module-example，这里装的是本次我们的例子

    mvn archetype:generate -DgroupId=com.alibaba.jvm.sandbox.module.exampe -DartifactId=sandbox-module-example -DarchetypeArtifactId=maven-archetype-quickstart -DinteractiveMode=false

  • 修改pom.xml

    <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/maven-v4_0_0.xsd">

  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

  <parent>
      <groupId>com.alibaba.jvm.sandbox</groupId>
      <artifactId>sandbox-module-starter</artifactId>
      <version>1.0.14</version>
  </parent>

  <groupId>com.alibaba.jvm.sandbox.module.exampe</groupId>
  <artifactId>sandbox-module-example</artifactId>
  <version>1.0.0-SNAPSHOT</version>

  <packaging>jar</packaging>
  <name>sandbox-module-example</name>

  <dependencies>
      <dependency>
          <groupId>org.apache.commons</groupId>
          <artifactId>commons-lang3</artifactId>
          <version>3.4</version>
      </dependency>
  </dependencies>

</project>

    至此，一个JVM-SANDBOX模块的工程框架就搭建起来了。

第一个MODULE

JVM-SANDBOX的模块要求符合SPI规范，即

  1. 必须实现com.alibaba.jvm.sandbox.api.Module接口

  2. 必须拥有无参构造函数

  3. 必须配置META-INF/services/

    实战中，大家都被Spring折腾习惯了，所以很多人其实并不熟悉JSR的SPI规范。导致很多卡在入门的第一步。

    从1.0.14版本开始，你将不需要配置META-INF/services/了，只需要给你的module加上注解即可

    @MetaInfServices(Module.class)

我们开始编写一个模块类，既然是一个统计SOCKET流量的例子，那我们就起一个风骚的名字，叫："SOCKET守望者"，SocketWatchman，简称：ExpSocketWm

package com.alibaba.jvm.sandbox.module.exampe.tcpwm;

/**
 * JVM-SANDBOX练手模块：
 * Socket守望者
 */
@MetaInfServices(Module.class)
@Information(id = "ExpSocketWm", isActiveOnLoad = false, author = "oldmanpushcart@gmail.com", version = "0.0.5")
public class SocketWatchmanModule implements Module, ModuleLifecycle, IoPipe, Runnable {

    @Override
    public void loadCompleted() {

    }
    
}

MODULE的生命周期

  • 一个MODULE要发挥作用，必定需要经过三个步骤：

    1. 模块JAR包加载到容器，并完成类初始化和依赖注入工作
    2. 对观察类进行插桩操作（如有）
    3. 激活模块，使得模块能接受Event（如有）

  • 同样的，一个MODULE需要被卸载时，反向执行对应的步骤

    1. 冻结模块，模块将无法接收到观察类的Event
    2. 对观察类进行反向插桩，消除本模块对类的影响
    3. 模块类从容器中移除，如若当前模块是JAR文件的最后一个模块，则将整个ModuleClassLoader进行销毁

加载和卸载的生命周期被定义在com.alibaba.jvm.sandbox.api.ModuleLifecycle中

模块生命周期

模块加载核心流程

我们的SOCKET守望者因为观察的是底层SOCKET流量，所以性能不得不考虑进来。理论上性能最好的是直接使用EventListener，但这里只是一个演示，重点是功能的表达，所以采用了AdviceListener性能稍差的监听器。

同时，流量观察只有在有需要的时候才会触发，所以做了延时激活功能。这样在不观察SOCKET流量时将不会有Advice产生，进一步降低性能开销的影响。

代码织入

例子中采用EventWatchBuilder来完成本次监听SOCKET的演示，根据上边的代码分析，我们只需要监听

  • java.net.SocketInputStream的int:read(byte[],int,int,int);
  • java.net.SocketOutputStream的void:socketWrite(byte[],int,int);

这两个方法即可

@Override
public void watching(final IoPipe ioPipe) {

    new EventWatchBuilder(moduleEventWatcher)
            .onClass("java.net.SocketInputStream").includeBootstrap()
            /**/.onBehavior("read").withParameterTypes(byte[].class, int.class, int.class, int.class)
            .onClass("java.net.SocketOutputStream").includeBootstrap()
            /**/.onBehavior("socketWrite").withParameterTypes(byte[].class, int.class, int.class)
            .onWatch(new AdviceListener() {

                final String MARK_R = "MARK_R";
                final String MARK_W = "MARK_W";

                @Override
                protected void before(Advice advice) {
                    final String behaviorName = advice.getBehavior().getName();
                    if ("read".equals(behaviorName)) {
                        advice.mark(MARK_R);
                    } else if ("socketWrite".equals(behaviorName)) {
                        advice.mark(MARK_W);
                    }
                }

                @Override
                protected void afterReturning(Advice advice) {
                    if (advice.hasMark(MARK_R)) {
                        ioPipe.read(
                                (byte[]) advice.getParameterArray()[0],
                                (Integer) advice.getParameterArray()[1],
                                (Integer) advice.getReturnObj()
                        );
                    } else if (advice.hasMark(MARK_W)) {
                        ioPipe.write(
                                (byte[]) advice.getParameterArray()[0],
                                (Integer) advice.getParameterArray()[1],
                                (Integer) advice.getParameterArray()[2]
                        );
                    }
                }

            });
}

watching()方法代码解读

new EventWatchBuilder(moduleEventWatcher)构造一个事件观察者的构造器，通过Builder我们可以方便的构造出我们的观察者。

EventWatchBuilder类有2类核心的方法

  • onXXX

    on开头的方法表示构造进入一个新的内容，比如

    • onClass()：

      表示接下来需要对class进行筛选，在SocketWm例子中我们指定了类名作为筛选条件。

      因为java.net.SocketInputStream在JDK中，由BootstrapClassLoader负责加载，默认情况下是不会检索这个ClassLoader所加载的类。所以必须带上includeBootstrap()明确下类的检索范围。

    • onBehavior()：

      表示需要对上一环节onClass()所匹配的类进行方法级的筛选。在JDK中，是严格区分构造方法和普通方法的，但实际使用上，我们可以把他们两个都抽象为类的行为（Behavior）。

      其中构造方法的方法名为<init>，普通方法的方法名保持不变。

  • withXXX

    with开头的表示对当前on所匹配的内容进行筛选，在SocketWm例子中，我们用withParameterTypes(...)对匹配的行为做进一步筛选

    .onBehavior("socketWrite")
.withParameterTypes(byte[].class, int.class, int.class)

其他辅助类解读

  • IoPipe是我们定义出来感知数据流的一个接口，通过这个接口，你除了能感知流量吞吐之外，还能有机会窥探到SOCKET流经的数据

    /**
 * IO管道
 */
public interface IoPipe {

    /**
     * 读
     *
     * @param buf 数据缓冲
     * @param off 偏移量
     * @param len 读出长度
     */
    void read(byte buf[], int off, int len);

    /**
     * 写
     *
     * @param buf 数据缓冲
     * @param off 偏移量
     * @param len 写入长度
     */
    void write(byte buf[], int off, int len);

}

  • SocketWatcher是对不同厂商、不同版本JDK实现隔离的抽象接口。因为SocketInputStream和SocketOutputStream都不是public的类，说不准哪天JDK代码重构中就有可能干掉，所以我们必须要考虑到兼容不同JDK版本的需要。

    /**
 * TCP观察者
 */
public interface SocketWatcher {

    /**
     * 观察IO吞吐量
     *
     * @param ioThroughput IO吞吐
     */
    void watching(IoPipe ioThroughput);

    class Factory {

        static SocketWatcher make(final ModuleEventWatcher moduleEventWatcher) {
            // 各种平台适配...
            return new SocketWatcherImplHotspotJDK8(moduleEventWatcher);
        }

    }

}

    因为这个例子只是一个演示，所以我选择了JDK8来进行对标。这两个类从JDK7开始就没有什么变化，所以虽然用的JDK8对标，但可以适用在JDK7+~JDK8的版本。JDK6是肯定不行，有兴趣的可以自己去实现。

部署运行

编译打包

这个例子中我们是用MAVEN来组织我们的工程的，所以打包环节我们也继续使用maven相关命令。

由于pom继承了sandbox-module-starter，模块的很多插件要求都在这个pom中帮你打点好了。你只需要执行：

mvn clean package

接下来就是收获的季节

duxiaokundeMacBook-Pro:target vlinux$ ls -lrt
total 1056
drwxr-xr-x   4 vlinux  staff     128  2 27 22:50 classes
drwxr-xr-x   3 vlinux  staff      96  2 27 22:50 maven-status
drwxr-xr-x   3 vlinux  staff      96  2 27 22:50 generated-sources
drwxr-xr-x   3 vlinux  staff      96  2 27 22:50 maven-archiver
-rw-r--r--   1 vlinux  staff   11868  2 27 22:50 sandbox-module-example-1.0.0-SNAPSHOT.jar
drwxr-xr-x   4 vlinux  staff     128  2 27 22:50 javadoc-bundle-options
drwxr-xr-x  16 vlinux  staff     512  2 27 22:50 apidocs
-rw-r--r--   1 vlinux  staff   68238  2 27 22:50 sandbox-module-example-1.0.0-SNAPSHOT-javadoc.jar
-rw-r--r--   1 vlinux  staff    7970  2 27 22:50 sandbox-module-example-1.0.0-SNAPSHOT-sources.jar
drwxr-xr-x   2 vlinux  staff      64  2 27 22:50 archive-tmp
-rw-r--r--   1 vlinux  staff  447428  2 27 22:50 sandbox-module-example-1.0.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar

sandbox-module-example-1.0.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar就是我们最终输出的模块JAR包。

运行调试

部署模块包

把sandbox-module-example-1.0.0-SNAPSHOT-jar-with-dependencies.jar文件放在${HOME}/.sandbox-module/目录下

下载并安装JVM-SANDBOX

下载当前稳定的JVM-SANDBOX容器版本，解压并安装

unzip sandbox-stable-bin.zip
cd sandbox
./install-local.sh -p ~/opt

这样，sandbox就会安装到 ${HOME}/opt/sandbox文件夹中

试运行

找一个有流量的JVM应用，我在本地启了一个WEB应用，把JVM-SANDBOX挂上。

duxiaokundeMacBook-Pro:bin vlinux$ ./sandbox.sh -p 10491 -l
debug-ralph         	ACTIVE  	LOADED  	0    	0    	0.0.1          	luanjia@taobao.com
debug-exception-logger	ACTIVE  	LOADED  	1    	5    	0.0.1          	luanjia@taobao.com
debug-http-logger   	ACTIVE  	LOADED  	2    	4    	0.0.1          	luanjia@taobao.com
debug-trace         	ACTIVE  	LOADED  	0    	0    	0.0.1          	luanjia@taobao.com
debug-jdbc-logger   	ACTIVE  	LOADED  	6    	59   	0.0.1          	luanjia@taobao.com
module-mgr          	ACTIVE  	LOADED  	0    	0    	0.0.1          	luanjia@taobao.com
debug-watch         	ACTIVE  	LOADED  	0    	0    	0.0.1          	luanjia@taobao.com
debug-spring-logger 	ACTIVE  	LOADED  	3    	10   	0.0.1          	luanjia@taobao.com
control             	ACTIVE  	LOADED  	0    	0    	0.0.1          	luanjia@taobao.com
ExpSocketWm         	FROZEN  	LOADED  	2    	2    	0.0.5          	oldmanpushcart@gmail.com
info                	ACTIVE  	LOADED  	0    	0    	0.0.3          	luanjia@taobao.com
total=11

可以看到ExpSocketWm已经加载进来，但是FROZEN状态，增强了2个类2个方法，嗯，符合我们的预期。

因为ExpSocketWm是观察时才激活，所以这里我们需要开始观察流量，类的状态才会变更为ACTIVE

duxiaokundeMacBook-Pro:bin vlinux$ ./sandbox.sh -p 10491 -d 'ExpSocketWm/show'
SocketWatchman is working.
Press CTRL_C abort it!
 READ : RATE=0.00(kb)/sec ; TOTAL=0.00(kb)
WRITE : RATE=0.00(kb)/sec ; TOTAL=0.00(kb)
statistics in 5(sec).

 READ : RATE=38.53(kb)/sec ; TOTAL=188.14(kb)
WRITE : RATE=1.49(kb)/sec ; TOTAL=7.26(kb)
statistics in 5(sec).

NICE，正常工作。

其他自带例子

ExpSocketWm是我自己学习JVM-SANDBOX所联系的一个例子，其实分发包中自带了不少的Example，也都是学习的好资料

例子 例子说明
DebugWatchModule.java 模仿GREYS的watch命令
DebugTraceModule.java 模仿GREYES的trace命令
DebugRalphModule.java 无敌破坏王，故障注入（延时、熔断、并发限流、TPS限流）
ExceptionLoggerModule.java 记录下你的应用都发生了哪些异常
$HOME/logs/sandbox/debug/exception-monitor.log
HttpHttpAccessLoggerModule.java 记录下你的应用的HTTP服务请求
$HOME/logs/sandbox/debug/servlet-monitor.log
JdbcLoggerModule.java 记录下你的应用数据库访问请求
$HOME/logs/sandbox/debug/jdbc-monitor.log
SpringLoggerModule.java 记录下Spring相关请求
$HOME/logs/sandbox/debug/spring-monitor.log

写在后边

例子已经上传到我的GITHUB：oldmanpushcart/sandbox-module-example

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学习JVM-SANDBOX的例子

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