2006 年底，Sun 公司發(fā)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，Web service，XML，編譯器 API，數(shù)據(jù)庫，JMX，網(wǎng)絡(luò)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，通過講解一些例子，幫助開發(fā)者在編程實踐當(dāng)中更好的運用 Java SE 6，提高開發(fā)效率。

Instrumentation 簡介

利用 Java 代碼，即 java.lang.instrument 做動態(tài) 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(fā)者可以構(gòu)建一個獨立于應(yīng)用程序的代理程序（Agent），用來監(jiān)測和協(xié)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(fā)者就可以實現(xiàn)更為靈活的運行時虛擬機監(jiān)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(xiàn)方式，使得開發(fā)者無需對 JDK 做任何升級和改動，就可以實現(xiàn)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(tài)改變 classpath 等等。這些改變，意味著 Java 具有了更強的動態(tài)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(shù)或者系統(tǒng)參數(shù)來設(shè)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(shù)的 Java 類庫被載入之前），instrumentation 的設(shè)置已經(jīng)啟動，并在虛擬機中設(shè)置了回調(diào)函數(shù)，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(shè)定代理，這樣實際上限制了 instrument 的應(yīng)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(tài)地設(shè)置加載代理類，以達(dá)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(tài)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。

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Instrumentation 的基本功能和用法

“java.lang.instrument”包的具體實現(xiàn)，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(guān)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(jīng)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(guān)的功能。事實上，java.lang.instrument 包的實現(xiàn)，也就是基于這種機制的：在 Instrumentation 的實現(xiàn)當(dāng)中，存在一個 JVMTI 的代理程序，通過調(diào)用 JVMTI 當(dāng)中 Java 類相關(guān)的函數(shù)來完成 Java 類的動態(tài)操作。除開 Instrumentation 功能外，JVMTI 還在虛擬機內(nèi)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(shù)。關(guān)于 JVMTI 的詳細(xì)信息，請參考 Java SE 6 文檔（請參見 參考資源 ）當(dāng)中的介紹。

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

在 Java SE 5 當(dāng)中，開發(fā)者可以讓 Instrumentation 代理在 main 函數(shù)運行前執(zhí)行。簡要說來就是如下幾個步驟：

1. 編寫 premain 函數(shù)

   編寫一個 Java 類，包含如下兩個方法當(dāng)中的任何一個

   public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst); [1] <!---->public static void premain(String agentArgs); [2]

   
   

   其中，[1] 的優(yōu)先級比 [2] 高，將會被優(yōu)先執(zhí)行（[1] 和 [2] 同時存在時，[2] 被忽略）。

   在這個 premain 函數(shù)中，開發(fā)者可以進(jìn)行對類的各種操作。

   agentArgs 是 premain 函數(shù)得到的程序參數(shù)，隨同 “ –javaagent ”一起傳入。與 main 函數(shù)不同的是，這個參數(shù)是一個字符串而不是一個字符串?dāng)?shù)組，如果程序參數(shù)有多個，程序?qū)⒆孕薪馕鲞@個字符串。

   Inst 是一個 java.lang.instrument.Instrumentation 的實例，由 JVM 自動傳入。java.lang.instrument.Instrumentation 是 instrument 包中定義的一個接口，也是這個包的核心部分，集中了其中幾乎所有的功能方法，例如類定義的轉(zhuǎn)換和操作等等。

2. jar 文件打包

   將這個 Java 類打包成一個 jar 文件，并在其中的 manifest 屬性當(dāng)中加入” Premain-Class”來指定步驟 1 當(dāng)中編寫的那個帶有 premain 的 Java類。（可能還需要指定其他屬性以開啟更多功能）

3. 運行

   用如下方式運行帶有 Instrumentation 的 Java 程序：

   java -javaagent:jar文件的位置[=傳入premain的參數(shù)]

   
   

對 Java 類文件的操作，可以理解為對一個 byte 數(shù)組的操作（將類文件的二進(jìn)制字節(jié)流讀入一個 byte 數(shù)組）。開發(fā)者可以在“ClassFileTransformer”的 transform 方法當(dāng)中得到，操作并最終返回一個類的定義（一個 byte 數(shù)組）。這方面，Apache 的 BCEL 開源項目提供了強有力的支持，讀者可以在參考文章“ Java SE 5 特性 Instrumentation 實踐 ”中看到一個 BCEL 和 Instrumentation 結(jié)合的例子。具體的字節(jié)碼操作并非本文的重點，所以，本文中所舉的例子，只是采用簡單的類文件替換的方式來演示 Instrumentation 的使用。

下面，我們通過簡單的舉例，來說明 Instrumentation 的基本使用方法。

首先，我們有一個簡單的類，TransClass， 可以通過一個靜態(tài)方法返回一個整數(shù) 1。

              public class TransClass {
              

              	public int getNumber() {
              

              	return 1;
              

                  }
              

              }				
              

            

我們運行如下類，可以得到輸出 ”1“。

              public class TestMainInJar {
              

                  public static void main(String[] args) {
              

                      System.out.println(new TransClass().getNumber());
              

                  }
              

              }		
            

然后，我們將 TransClass 的 getNumber 方法改成如下:

              public int getNumber() {
              

                      return 2;
              

              }	
              

            

再將這個返回 2 的 Java 文件編譯成類文件，為了區(qū)別開原有的返回 1 的類，我們將返回 2 的這個類文件命名為 TransClass2.class.2。

接下來，我們建立一個 Transformer 類：

              import java.io.File;
              

              import java.io.FileInputStream;
              

              import java.io.IOException;
              

              import java.io.InputStream;
              

              import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
              

              import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
              

              import java.security.ProtectionDomain;
              

              

              class Transformer implements ClassFileTransformer {
              

              

                  public static final String classNumberReturns2 = "TransClass.class.2";
              

              

                  public static byte[] getBytesFromFile(String fileName) {
              

                      try {
              

                          // precondition
              

                          File file = new File(fileName);
              

                          InputStream is = new FileInputStream(file);
              

                          long length = file.length();
              

                          byte[] bytes = new byte[(int) length];
              

              

                          // Read in the bytes
              

                          int offset = 0;
              

                          int numRead = 0;
              

                          while (offset <bytes.length
              

                                  && (numRead = is.read(bytes, offset, bytes.length - offset)) >= 0) {
              

                              offset += numRead;
              

                          }
              

              

                          if (offset < bytes.length) {
              

                              throw new IOException("Could not completely read file "
              

                                      + file.getName());
              

                          }
              

                          is.close();
              

                          return bytes;
              

                      } catch (Exception e) {
              

                          System.out.println("error occurs in _ClassTransformer!"
              

                                  + e.getClass().getName());
              

                          return null;
              

                      }
              

                  }
              

              

                  public byte[] transform(ClassLoader l, String className, Class<?> c,
              

                          ProtectionDomain pd, byte[] b) throws IllegalClassFormatException {
              

                      if (!className.equals("TransClass")) {
              

                          return null;
              

                      }
              

                      return getBytesFromFile(classNumberReturns2);
              

              

                  }
              

              }
              

            

這個類實現(xiàn)了 ClassFileTransformer 接口。其中，getBytesFromFile 方法根據(jù)文件名讀入二進(jìn)制字符流，而 ClassFileTransformer 當(dāng)中規(guī)定的 transform 方法則完成了類定義的替換轉(zhuǎn)換。

最后，我們建立一個 Premain 類，寫入 Instrumentation 的代理方法 premain：

              public class Premain {
              

                  public static void premain(String agentArgs， Instrumentation inst)
              

                          throws ClassNotFoundException， UnmodifiableClassException {
              

                      inst.addTransformer(new Transformer());
              

                  }
              

              }
              

            

可以看出，addTransformer 方法并沒有指明要轉(zhuǎn)換哪個類。轉(zhuǎn)換發(fā)生在 premain 函數(shù)執(zhí)行之后，main 函數(shù)執(zhí)行之前，這時每裝載一個類，transform 方法就會執(zhí)行一次，看看是否需要轉(zhuǎn)換，所以，在 transform（Transformer 類中）方法中，程序用 className.equals("TransClass") 來判斷當(dāng)前的類是否需要轉(zhuǎn)換。

代碼完成后，我們將他們打包為 TestInstrument1.jar。返回 1 的那個 TransClass 的類文件保留在 jar 包中，而返回 2 的那個 TransClass.class.2 則放到 jar 的外面。在 manifest 里面加入如下屬性來指定 premain 所在的類：

              Manifest-Version: 1.0
              

              Premain-Class: Premain
              

            

在運行這個程序的時候，如果我們用普通方式運行這個 jar 中的 main 函數(shù)，可以得到輸出“1”。如果用下列方式運行:

              java –javaagent:TestInstrument1.jar –cp TestInstrument1.jar TestMainInJar
              

            

則會得到輸出“2”。

當(dāng)然，程序運行的 main 函數(shù)不一定要放在 premain 所在的這個 jar 文件里面，這里只是為了例子程序打包的方便而放在一起的。

除開用 addTransformer 的方式，Instrumentation 當(dāng)中還有另外一個方法“redefineClasses”來實現(xiàn) premain 當(dāng)中指定的轉(zhuǎn)換。用法類似，如下：

              public class Premain {
              

                  public static void premain(String agentArgs， Instrumentation inst)
              

                          throws ClassNotFoundException， UnmodifiableClassException {
              

                      ClassDefinition def = new ClassDefinition(TransClass.class， Transformer
              

                              .getBytesFromFile(Transformer.classNumberReturns2));
              

                      inst.redefineClasses(new ClassDefinition[] { def });
              

                      System.out.println("success");
              

                  }
              

              }
              

            

redefineClasses 的功能比較強大，可以批量轉(zhuǎn)換很多類。

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Java SE 6 的新特性：虛擬機啟動后的動態(tài) instrument

在 Java SE 5 當(dāng)中，開發(fā)者只能在 premain 當(dāng)中施展想象力，所作的 Instrumentation 也僅限與 main 函數(shù)執(zhí)行前，這樣的方式存在一定的局限性。

在 Java SE 5 的基礎(chǔ)上，Java SE 6 針對這種狀況做出了改進(jìn)，開發(fā)者可以在 main 函數(shù)開始執(zhí)行以后，再啟動自己的 Instrumentation 程序。

在 Java SE 6 的 Instrumentation 當(dāng)中，有一個跟 premain“并駕齊驅(qū)”的“agentmain”方法，可以在 main 函數(shù)開始運行之后再運行。

跟 premain 函數(shù)一樣， 開發(fā)者可以編寫一個含有“agentmain”函數(shù)的 Java 類：

              public static void agentmain (String agentArgs, Instrumentation inst);		[1]
              

              public static void agentmain (String agentArgs);			[2]
              

            

同樣，[1] 的優(yōu)先級比 [2] 高，將會被優(yōu)先執(zhí)行。

跟 premain 函數(shù)一樣，開發(fā)者可以在 agentmain 中進(jìn)行對類的各種操作。其中的 agentArgs 和 Inst 的用法跟 premain 相同。

與“Premain-Class”類似，開發(fā)者必須在 manifest 文件里面設(shè)置“Agent-Class”來指定包含 agentmain 函數(shù)的類。

可是，跟 premain 不同的是，agentmain 需要在 main 函數(shù)開始運行后才啟動，這樣的時機應(yīng)該如何確定呢，這樣的功能又如何實現(xiàn)呢？

在 Java SE 6 文檔當(dāng)中，開發(fā)者也許無法在 java.lang.instrument 包相關(guān)的文檔部分看到明確的介紹，更加無法看到具體的應(yīng)用 agnetmain 的例子。不過，在 Java SE 6 的新特性里面，有一個不太起眼的地方，揭示了 agentmain 的用法。這就是 Java SE 6 當(dāng)中提供的 Attach API。

Attach API 不是 Java 的標(biāo)準(zhǔn) API，而是 Sun 公司提供的一套擴(kuò)展 API，用來向目標(biāo) JVM ”附著”（Attach）代理工具程序的。有了它，開發(fā)者可以方便的監(jiān)控一個 JVM，運行一個外加的代理程序。

Attach API 很簡單，只有 2 個主要的類，都在 com.sun.tools.attach 包里面： VirtualMachine 代表一個 Java 虛擬機，也就是程序需要監(jiān)控的目標(biāo)虛擬機，提供了 JVM 枚舉，Attach 動作和 Detach 動作（Attach 動作的相反行為，從 JVM 上面解除一個代理）等等; VirtualMachineDescriptor 則是一個描述虛擬機的容器類，配合 VirtualMachine 類完成各種功能。

為了簡單起見，我們舉例簡化如下：依然用類文件替換的方式，將一個返回 1 的函數(shù)替換成返回 2 的函數(shù)，Attach API 寫在一個線程里面，用睡眠等待的方式，每隔半秒時間檢查一次所有的 Java 虛擬機，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有新的虛擬機出現(xiàn)的時候，就調(diào)用 attach 函數(shù)，隨后再按照 Attach API 文檔里面所說的方式裝載 Jar 文件。等到 5 秒鐘的時候，attach 程序自動結(jié)束。而在 main 函數(shù)里面，程序每隔半秒鐘輸出一次返回值（顯示出返回值從 1 變成 2）。

TransClass 類和 Transformer 類的代碼不變，參看上一節(jié)介紹。 含有 main 函數(shù)的 TestMainInJar 代碼為：

              public class TestMainInJar {
              

                  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
              

                      System.out.println(new TransClass().getNumber());
              

                      int count = 0;
              

                      while (true) {
              

                          Thread.sleep(500);
              

                          count++;
              

                          int number = new TransClass().getNumber();
              

                          System.out.println(number);
              

                          if (3 == number || count >= 10) {
              

                              break;
              

                          }
              

                      }
              

                  }
              

              }
              

            

含有 agentmain 的 AgentMain 類的代碼為：

              import java.lang.instrument.ClassDefinition;
              

              import java.lang.instrument.Instrumentation;
              

              import java.lang.instrument.UnmodifiableClassException;
              

              

              public class AgentMain {
              

                  public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst)
              

                          throws ClassNotFoundException, UnmodifiableClassException,
              

                          InterruptedException {
              

                      inst.addTransformer(new Transformer (), true);
              

                      inst.retransformClasses(TransClass.class);
              

                      System.out.println("Agent Main Done");
              

                  }
              

              }
              

            

其中，retransformClasses 是 Java SE 6 里面的新方法，它跟 redefineClasses 一樣，可以批量轉(zhuǎn)換類定義，多用于 agentmain 場合。

Jar 文件跟 Premain 那個例子里面的 Jar 文件差不多，也是把 main 和 agentmain 的類，TransClass，Transformer 等類放在一起，打包為“TestInstrument1.jar”，而 Jar 文件當(dāng)中的 Manifest 文件為:

              Manifest-Version: 1.0
              

              Agent-Class: AgentMain
              

            

另外，為了運行 Attach API，我們可以再寫一個控制程序來模擬監(jiān)控過程：（代碼片段）

              import com.sun.tools.attach.VirtualMachine;
              

              import com.sun.tools.attach.VirtualMachineDescriptor;
              

              ……
              

              // 一個運行 Attach API 的線程子類
              

              static class AttachThread extends Thread {
              

              

              private final List<VirtualMachineDescriptor> listBefore;
              

              

                      private final String jar;
              

              

                      AttachThread(String attachJar, List<VirtualMachineDescriptor> vms) {
              

                          listBefore = vms;  // 記錄程序啟動時的 VM 集合
              

                          jar = attachJar;
              

                      }
              

              

                      public void run() {
              

                          VirtualMachine vm = null;
              

                          List<VirtualMachineDescriptor> listAfter = null;
              

                          try {
              

                              int count = 0;
              

                              while (true) {
              

                                  listAfter = VirtualMachine.list();
              

                                  for (VirtualMachineDescriptor vmd : listAfter) {
              

                                      if (!listBefore.contains(vmd)) { 
              

              // 如果 VM 有增加，我們就認(rèn)為是被監(jiān)控的 VM 啟動了
              

              // 這時，我們開始監(jiān)控這個 VM
              

                                          vm = VirtualMachine.attach(vmd);
              

                                          break;
              

                                      }
              

                                  }
              

                                  Thread.sleep(500);
              

                                  count++;
              

                                  if (null != vm || count >= 10) {
              

                                      break;
              

                                  }
              

                              }
              

                              vm.loadAgent(jar);
              

                              vm.detach();
              

                          } catch (Exception e) {
              

                               ignore
              

                          }
              

                      }
              

                  }
              

              ……
              

              public static void main(String[] args) throws InterruptedException {	 
              

                   new AttachThread("TestInstrument1.jar", VirtualMachine.list()).start();
              

              

              }
              

            

運行時，可以首先運行上面這個啟動新線程的 main 函數(shù)，然后，在 5 秒鐘內(nèi)（僅僅簡單模擬 JVM 的監(jiān)控過程）運行如下命令啟動測試 Jar 文件:

              java –javaagent:TestInstrument2.jar –cp TestInstrument2.jar TestMainInJar
              

            

如果時間掌握得不太差的話，程序首先會在屏幕上打出 1，這是改動前的類的輸出，然后會打出一些 2，這個表示 agentmain 已經(jīng)被 Attach API 成功附著到 JVM 上，代理程序生效了，當(dāng)然，還可以看到“Agent Main Done”字樣的輸出。

以上例子僅僅只是簡單示例，簡單說明這個特性而已。真實的例子往往比較復(fù)雜，而且可能運行在分布式環(huán)境的多個 JVM 之中。

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Java SE 6 新特性：本地方法的 Instrumentation

在 1.5 版本的 instumentation 里，并沒有對 Java 本地方法（Native Method）的處理方式，而且在 Java 標(biāo)準(zhǔn)的 JVMTI 之下，并沒有辦法改變 method signature， 這就使替換本地方法非常地困難。一個比較直接而簡單的想法是，在啟動時替換本地代碼所在的動態(tài)鏈接庫 —— 但是這樣，本質(zhì)上是一種靜態(tài)的替換，而不是動態(tài)的 Instrumentation。而且，這樣可能需要編譯較大數(shù)量的動態(tài)鏈接庫 —— 比如，我們有三個本地函數(shù)，假設(shè)每一個都需要一個替換，而在不同的應(yīng)用之下，可能需要不同的組合，那么如果我們把三個函數(shù)都編譯在同一個動態(tài)鏈接庫之中，最多我們需要 8 個不同的動態(tài)鏈接庫來滿足需要。當(dāng)然，我們也可以獨立地編譯之，那樣也需要 6 個動態(tài)鏈接庫——無論如何，這種繁瑣的方式是不可接受的。

在 Java SE 6 中，新的 Native Instrumentation 提出了一個新的 native code 的解析方式，作為原有的 native method 的解析方式的一個補充，來很好地解決了一些問題。這就是在新版本的 java.lang.instrument 包里，我們擁有了對 native 代碼的 instrument 方式 —— 設(shè)置 prefix。

假設(shè)我們有了一個 native 函數(shù)，名字叫 nativeMethod，在運行中過程中，我們需要將它指向另外一個函數(shù)（需要注意的是，在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的 JVMTI 之下，除了 native 函數(shù)名，其他的 signature 需要一致）。比如我們的 Java 代碼是：

              package nativeTester;
              

              class nativePrefixTester{
              

              	…
              

              	native int nativeMethod(int input);
              

              	…
              

              }
              

            

那么我們已經(jīng)實現(xiàn)的本地代碼是:

              jint Java_nativeTester_nativeMethod(jclass thiz, jobject thisObj, jint input);
              

            

現(xiàn)在我們需要在調(diào)用這個函數(shù)時，使之指向另外一個函數(shù)。那么按照 J2SE 的做法，我們可以按他的命名方式，加上一個 prefix 作為新的函數(shù)名。比如，我們以 "another_" 作為 prefix，那么我們新的函數(shù)是:

              jint Java_nativeTester_another_nativePrefixTester(jclass thiz, jobject thisObj, 
              

              jint input);
              

            

然后將之編入動態(tài)鏈接庫之中。

現(xiàn)在我們已經(jīng)有了新的本地函數(shù)，接下來就是做 instrument 的設(shè)置。正如以上所說的，我們可以使用 premain 方式，在虛擬機啟動之時就載入 premain 完成 instrument 代理設(shè)置。也可以使用 agentmain 方式，去 attach 虛擬機來啟動代理。而設(shè)置 native 函數(shù)的也是相當(dāng)簡單的:

              premain(){  // 或者也可以在 agentmain 里
              

              …
              

              if (!isNativeMethodPrefixSupported()){
              

              		return; // 如果無法設(shè)置，則返回
              

              }
              

              setNativeMethodPrefix(transformer,"another_"); // 設(shè)置 native 函數(shù)的 prefix，注意這個下劃線必須由用戶自己規(guī)定
              

              …
              

              }
              

            

在這里要注意兩個問題。一是不是在任何的情況下都是可以設(shè)置 native 函數(shù)的 prefix 的。首先，我們要注意到 agent 包之中的 Manifest 所設(shè)定的特性:

              Can-Set-Native-Method-Prefix
              

            

要注意，這一個參數(shù)都可以影響是否可以設(shè)置 native prefix，而且，在默認(rèn)的設(shè)置之中，這個參數(shù)是 false 的，我們需要將之設(shè)置成 true（順便說一句，對 Manifest 之中的屬性來說都是大小寫無關(guān)的，當(dāng)然，如果給一個不是“true”的值，就會被當(dāng)作 false 值處理）。

當(dāng)然，我們還需要確認(rèn)虛擬機本身是否支持 setNativePrefix。在 Java API 里，Instrumentation 類提供了一個函數(shù) isNativePrefix，通過這個函數(shù)我們可以知道該功能是否可以實行。

二是我們可以為每一個 ClassTransformer 加上它自己的 nativeprefix；同時，每一個 ClassTransformer 都可以為同一個 class 做 transform，因此對于一個 Class 來說，一個 native 函數(shù)可能有不同的 prefix，因此對這個函數(shù)來說，它可能也有好幾種解析方式。

在 Java SE 6 當(dāng)中，Native prefix 的解釋方式如下：對于某一個 package 內(nèi)的一個 class 當(dāng)中的一個 native method 來說，首先，假設(shè)我們對這個函數(shù)的 transformer 設(shè)置了 native 的 prefix“another”，它將這個函數(shù)接口解釋成:

由 Java 的函數(shù)接口

              native void method()
              

            

和上述 prefix"another"，去尋找本地代碼中的函數(shù)

              void Java_package_class_another_method(jclass theClass, jobject thiz);  
              

              // 請注意 prefix 在函數(shù)名中出現(xiàn)的位置！
              

            

一旦可以找到，那么調(diào)用這個函數(shù)，整個解析過程就結(jié)束了；如果沒有找到，那么虛擬機將會做進(jìn)一步的解析工作。我們將利用 Java native 接口最基本的解析方式,去找本地代碼中的函數(shù):

              void Java_package_class_method(jclass theClass, jobject thiz);
              

            

如果找到，則執(zhí)行之。否則，因為沒有任何一個合適的解析方式，于是宣告這個過程失敗。

那么如果有多個 transformer，同時每一個都有自己的 prefix，又該如何解析呢？事實上，虛擬機是按 transformer 被加入到的 Instrumentation 之中的次序去解析的（還記得我們最基本的 addTransformer 方法嗎？）。

假設(shè)我們有三個 transformer 要被加入進(jìn)來，他們的次序和相對應(yīng)的 prefix 分別為：transformer1 和“prefix1_”，transformer2 和 “prefix2_”，transformer3 和 “prefix3_”。那么，虛擬機會首先做的就是將接口解析為:

              native void prefix1_prefix2_prefix3_native_method()
              

            

然后去找它相對應(yīng)的 native 代碼。

但是如果第二個 transformer（transformer2）沒有設(shè)定 prefix，那么很簡單，我們得到的解析是：

              native void prefix1_prefix3_native_method()
              

            

這個方式簡單而自然。

當(dāng)然，對于多個 prefix 的情況，我們還要注意一些復(fù)雜的情況。比如，假設(shè)我們有一個 native 函數(shù)接口是：

              native void native_method()
              

            

然后我們?yōu)樗O(shè)置了兩個 prefix，比如 "wrapped_" 和 "wrapped2_"，那么，我們得到的是什么呢？是

              void Java_package_class_wrapped_wrapped2_method(jclass theClass, jobject thiz); 
              

              // 這個函數(shù)名正確嗎？
              

            

嗎？答案是否定的，因為事實上，對 Java 中 native 函數(shù)的接口到 native 中的映射，有一系列的規(guī)定，因此可能有一些特殊的字符要被代入。而實際中，這個函數(shù)的正確的函數(shù)名是：

              void Java_package_class_wrapped_1wrapped2_1method(jclass theClass, jobject thiz); 
              

              // 只有這個函數(shù)名會被找到
              

            

很有趣不是嗎？因此如果我們要做類似的工作，一個很好的建議是首先在 Java 中寫一個帶 prefix 的 native 接口，用 javah 工具生成一個 c 的 header-file，看看它實際解析得到的函數(shù)名是什么，這樣我們就可以避免一些不必要的麻煩。

另外一個事實是，與我們的想像不同，對于兩個或者兩個以上的 prefix，虛擬機并不做更多的解析；它不會試圖去掉某一個 prefix，再來組裝函數(shù)接口。它做且僅作兩次解析。

總之，新的 native 的 prefix-instrumentation 的方式，改變了以前 Java 中 native 代碼無法動態(tài)改變的缺點。在當(dāng)前，利用 JNI 來寫 native 代碼也是 Java 應(yīng)用中非常重要的一個環(huán)節(jié)，因此它的動態(tài)化意味著整個 Java 都可以動態(tài)改變了 —— 現(xiàn)在我們的代碼可以利用加上 prefix 來動態(tài)改變 native 函數(shù)的指向，正如上面所說的，如果找不到，虛擬機還會去嘗試做標(biāo)準(zhǔn)的解析，這讓我們擁有了動態(tài)地替換 native 代碼的方式，我們可以將許多帶不同 prefix 的函數(shù)編譯在一個動態(tài)鏈接庫之中，而通過 instrument 包的功能，讓 native 函數(shù)和 Java 函數(shù)一樣動態(tài)改變、動態(tài)替換。

當(dāng)然，現(xiàn)在的 native 的 instrumentation 還有一些限制條件，比如，不同的 transformer 會有自己的 native prefix，就是說，每一個 transformer 會負(fù)責(zé)他所替換的所有類而不是特定類的 prefix —— 因此這個粒度可能不夠精確。

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Java SE 6 新特性：BootClassPath / SystemClassPath 的動態(tài)增補

我們知道，通過設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)或者通過虛擬機啟動參數(shù)，我們可以設(shè)置一個虛擬機運行時的 boot class 加載路徑（-Xbootclasspath）和 system class（-cp）加載路徑。當(dāng)然，我們在運行之后無法替換它。然而，我們也許有時候要需要把某些 jar 加載到 bootclasspath 之中，而我們無法應(yīng)用上述兩個方法；或者我們需要在虛擬機啟動之后來加載某些 jar 進(jìn)入 bootclasspath。在 Java SE 6 之中，我們可以做到這一點了。

實現(xiàn)這幾點很簡單，首先，我們依然需要確認(rèn)虛擬機已經(jīng)支持這個功能，然后在 premain/agantmain 之中加上需要的 classpath。我們可以在我們的 Transformer 里使用 appendToBootstrapClassLoaderSearch/appendToSystemClassLoaderSearch 來完成這個任務(wù)。

同時我們可以注意到，在 agent 的 manifest 里加入 Boot-Class-Path 其實一樣可以在動態(tài)地載入 agent 的同時加入自己的 boot class 路徑，當(dāng)然，在 Java code 中它可以更加動態(tài)方便和智能地完成 —— 我們可以很方便地加入判斷和選擇成分。

在這里我們也需要注意幾點。首先，我們加入到 classpath 的 jar 文件中不應(yīng)當(dāng)帶有任何和系統(tǒng)的 instrumentation 有關(guān)的系統(tǒng)同名類，不然，一切都陷入不可預(yù)料之中 —— 這不是一個工程師想要得到的結(jié)果，不是嗎？

其次，我們要注意到虛擬機的 ClassLoader 的工作方式，它會記載解析結(jié)果。比如，我們曾經(jīng)要求讀入某個類 someclass，但是失敗了，ClassLoader 會記得這一點。即使我們在后面動態(tài)地加入了某一個 jar，含有這個類，ClassLoader 依然會認(rèn)為我們無法解析這個類，與上次出錯的相同的錯誤會被報告。

再次我們知道在 Java 語言中有一個系統(tǒng)參數(shù)“java.class.path”，這個 property 里面記錄了我們當(dāng)前的 classpath，但是，我們使用這兩個函數(shù)，雖然真正地改變了實際的 classpath，卻不會對這個 property 本身產(chǎn)生任何影響。

在公開的 JavaDoc 中我們可以發(fā)現(xiàn)一個很有意思的事情，Sun 的設(shè)計師們告訴我們，這個功能事實上依賴于 ClassLoader 的 appendtoClassPathForInstrumentation 方法 —— 這是一個非公開的函數(shù)，因此我們不建議直接（使用反射等方式）使用它，事實上，instrument 包里的這兩個函數(shù)已經(jīng)可以很好的解決我們的問題了。

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結(jié)語

從以上的介紹我們可以得出結(jié)論，在 Java SE 6 里面，instrumentation 包新增的功能 —— 虛擬機啟動后的動態(tài) instrument、本地代碼（native code）instrumentation，以及動態(tài)添加 classpath 等等，使得 Java 具有了更強的動態(tài)控制、解釋能力，從而讓 Java 語言變得更加靈活多變。

這些能力，從某種意義上開始改變 Java 語言本身。在過去很長的一段時間內(nèi)，動態(tài) 腳本語言的大量涌現(xiàn)和快速發(fā)展，對整個軟件業(yè)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)提高生產(chǎn)率起到了非常重要的作用。在這種背景之下，Java 也正在慢慢地作出改變。而 Instrument 的新功能和 Script 平臺（本系列的后面一篇中將介紹到這一點）的出現(xiàn)，則大大強化了語言的動態(tài)化和與動態(tài)語言融合，它是 Java 的發(fā)展的值得考量的新趨勢。