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3、原创技术文章：java后端服务在线（不重启）用arthas工具修改代码

一.为什么要在线修改代码

一般在线修改代码是为了排查问题，而在不重启的情况下修改代码有他的必要性
1.重启会导致当前环境发生变化，导致问题无法复现。
2.用户正在使用服务，重启服务会导致用户体验不好。


二.Arthas在线修改代码的原理


我们知道，java在启动后，如果代码没有明确去动态加载类，一般是不会重新去加载的。
例如有以下代码可以加载一个类

[Java] 纯文本查看 复制代码

String driverName = "com.mysql.jdbc.Driver";
Class clazz = Class.forName(driverName);

这个代码会加载指定的类：com.mysql.jdbc.Driver

那怎么在运行过程中重新加载修改后的类

1.这里用到了javaagent机制

Jdk5增加了一个包java.lang.instrument，提供了对Jvm底层组件的访问能力，Instrument要求在运行前利用命令行参数或者系统参数设置代{过}{滤}理类，VM启动完成之后（绝大多数类加载前）初始化。

开发基于instrument的应用，需要这么几个步骤：

步骤1：编写premain函数
步骤2：jar文件打包，制定Premain-Class
步骤3：使用-javaagent参数启动

Jdk6以后，针对这点进行了改进，开发者可以在main函数执行之后再启动自己的Instrument应用，入口是agentmain函数。arthas就是通过这个实现的。


Instrumentation 接口的关键代码

[Java] 纯文本查看 复制代码

public interface Instrumentation {
    /**
     * 注册一个Transformer，从此之后的类加载都会被Transformer拦截。
     * Transformer可以直接对类的字节码byte[]进行修改
     */
    void addTransformer(ClassFileTransformer transformer);
    
    /**
     * 对JVM已经加载的类重新触发类加载。使用的就是上面注册的Transformer。
     * retransformation可以修改方法体，但是不能变更方法签名、增加和删除方法/类的成员属性
     */
    void retransformClasses(Class<?>... classes) throws UnmodifiableClassException;
    
    /**
     * 获取一个对象的大小
     */
    long getObjectSize(Object objectToSize);
    
    /**
     * 将一个jar加入到bootstrap classloader的 classpath里
     */
    void appendToBootstrapClassLoaderSearch(JarFile jarfile);
    
    /**
     * 获取当前被JVM加载的所有类对象
     */
    Class[] getAllLoadedClasses();
}

Arthas通过Instrumentation API注册一个ClassFileTransformer，这个Transformer可以在类加载到JVM时，对类的字节码进行修改。例如，Arthas可以在方法的开始和结束时插入自定义的监控代码，从而实现对方法执行时间的监控。



三.Arthas在线修改代码的流程


1.启动arthas并attach到目标jvm上

[Bash shell] 纯文本查看 复制代码

java -jar  arthas-boot.jar PID

这里的PID可以通过top命令查看


这里的原理不细说，有需要的自己去了解下，Attach API是Java 6引入的一个接口，允许一个Java进程动态附加到另一个运行中的Java进程。Arthas利用Attach API将自身的Java Agent动态附加到目标JVM上，进而实现对目标应用的监控。通过Attach API，Arthas可以在无需重启目标应用的情况下，动态加载和卸载自己的监控代码。


2.导出目标类代码

[Bash shell] 纯文本查看 复制代码

jad --source-only com.xxx.xxxx.KafkaDispositionConsumer > /tmp/java/KafkaDispositionConsumer.java

导出的是源码，.java格式，这意味着我们可以直接修改编辑它。

3.修改目标类代码
这里的修改按自己的需要修改，但是注意一下两点：
不能添加类变量（成员变量和静态变量都不行）
不能添加方法


可以做的就是在方法中间进行修改


4.重新编译修改后的代码
这里有条件的，可以在开发环境编译好class文件再拿过来使用。
如果没有条件，例如代码无法传出去，也可以使用arthas的编译功能（有几率失败）
mc -c 类加载器的ClassLoaderHash /tmp/java/KafkaDispositionConsumer.java

这里类加载器的ClassLoaderHash，可以通过以下命令获取
sc -d com.xxx.xxxx.KafkaDispositionConsumer   
我们需要使用这个类原有的加载器来编译修改的文件。

5.重新加载修改后的文件
上一步的过程会输出字节码文件路径
redefine 上一步输出的类路径。

通过以上操作后，就可以实现不重启的情况下修改线上代码。

Hmily

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