隨筆檔案(496)

2006 年底，Sun 公司發布了 Java Standard Edition 6（Java SE 6）的最終正式版，代號 Mustang（野馬）。跟 Tiger（Java SE 5）相比，Mustang 在性能方面有了不錯的提升。與 Tiger 在 API 庫方面的大幅度加強相比，雖然 Mustang 在 API 庫方面的新特性顯得不太多，但是也提供了許多實用和方便的功能：在腳本，WebService，XML，編譯器 API，數據庫，JMX，網絡和 Instrumentation 方面都有不錯的新特性和功能加強。 本系列 文章主要介紹 Java SE 6 在 API 庫方面的部分新特性，通過一些例子和講解，幫助開發者在編程實踐當中更好的運用 Java SE 6，提高開發效率。

Instrumentation 簡介

利用 Java 代碼，即 java.lang.instrument 做動態 Instrumentation 是 Java SE 5 的新特性，它把 Java 的 instrument 功能從本地代碼中解放出來，使之可以用 Java 代碼的方式解決問題。使用 Instrumentation，開發者可以構建一個獨立于應用程序的代理程序（Agent），用來監測和協助運行在 JVM 上的程序，甚至能夠替換和修改某些類的定義。有了這樣的功能，開發者就可以實現更為靈活的運行時虛擬機監控和 Java 類操作了，這樣的特性實際上提供了一種虛擬機級別支持的 AOP 實現方式，使得開發者無需對 JDK 做任何升級和改動，就可以實現某些 AOP 的功能了。

在 Java SE 6 里面，instrumentation 包被賦予了更強大的功能：啟動后的 instrument、本地代碼（native code）instrument，以及動態改變 classpath 等等。這些改變，意味著 Java 具有了更強的動態控制、解釋能力，它使得 Java 語言變得更加靈活多變。

在 Java SE6 里面，最大的改變使運行時的 Instrumentation 成為可能。在 Java SE 5 中，Instrument 要求在運行前利用命令行參數或者系統參數來設置代理類，在實際的運行之中，虛擬機在初始化之時（在絕大多數的 Java 類庫被載入之前），instrumentation 的設置已經啟動，并在虛擬機中設置了回調函數，檢測特定類的加載情況，并完成實際工作。但是在實際的很多的情況下，我們沒有辦法在虛擬機啟動之時就為其設定代理，這樣實際上限制了 instrument 的應用。而 Java SE 6 的新特性改變了這種情況，通過 Java Tool API 中的 attach 方式，我們可以很方便地在運行過程中動態地設置加載代理類，以達到 instrumentation 的目的。

另外，對 native 的 Instrumentation 也是 Java SE 6 的一個嶄新的功能，這使以前無法完成的功能 —— 對 native 接口的 instrumentation 可以在 Java SE 6 中，通過一個或者一系列的 prefix 添加而得以完成。

最后，Java SE 6 里的 Instrumentation 也增加了動態添加 class path 的功能。所有這些新的功能，都使得 instrument 包的功能更加豐富，從而使 Java 語言本身更加強大。

Instrumentation 的基本功能和用法

“java.lang.instrument”包的具體實現，依賴于 JVMTI。JVMTI（Java Virtual Machine Tool Interface）是一套由 Java 虛擬機提供的，為 JVM 相關的工具提供的本地編程接口集合。JVMTI 是從 Java SE 5 開始引入，整合和取代了以前使用的 Java Virtual Machine Profiler Interface (JVMPI) 和 the Java Virtual Machine Debug Interface (JVMDI)，而在 Java SE 6 中，JVMPI 和 JVMDI 已經消失了。JVMTI 提供了一套”代理”程序機制，可以支持第三方工具程序以代理的方式連接和訪問 JVM，并利用 JVMTI 提供的豐富的編程接口，完成很多跟 JVM 相關的功能。事實上，java.lang.instrument 包的實現，也就是基于這種機制的：在 Instrumentation 的實現當中，存在一個 JVMTI 的代理程序，通過調用 JVMTI 當中 Java 類相關的函數來完成 Java 類的動態操作。除開 Instrumentation 功能外，JVMTI 還在虛擬機內存管理，線程控制，方法和變量操作等等方面提供了大量有價值的函數。關于 JVMTI 的詳細信息，請參考 Java SE 6 文檔（請參見 參考資源）當中的介紹。

Instrumentation 的最大作用，就是類定義動態改變和操作。在 Java SE 5 及其后續版本當中，開發者可以在一個普通 Java 程序（帶有 main 函數的 Java 類）運行時，通過 –javaagent 參數指定一個特定的 jar 文件（包含 Instrumentation 代理）來啟動 Instrumentation 的代理程序。