如何加速运行时 Java 代码检测？

Question

我制作了一个 Java 代理程序，它在 运行时 期间附加到 JVM 并检测所有加载的项目 classes 并插入一些日志记录语句。总共有 11k classes。我测量了我的 ClassFileTransformer 的 transform 方法所花费的总时间，它是 3 秒。但整个检测过程的持续时间大约需要 30 秒。这就是我重新转换 classes:

的方式

 instrumentation.retransformClasses(myClassesArray);

我假设 JVM 占用了大部分时间来重新加载更改的 classes。那正确吗？我怎样才能加快检测过程？

更新:
当我的代理被附加时，

instrumentation.addTransformer(new MyTransfomer(), true);
instrumentation.retransformClasses(retransformClassArray);

只调用了一次。

然后 MyTransfomer class 检测 classes 并测量检测的总持续时间：


public class MyTransfomer implements ClassFileTransformer {
private long total = 0;
private long min = ..., max = ...;

public final byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classFileBuffer) {
   long s = System.currentTimeMillis();
   if(s < min) min = s;
   if(s > max) max = s;
   byte[] transformed = this.transformInner(loader, className, classFileBuffer);

   this.total += System.currentTimeMillis() - s;
   
   return transformed;
  }
}

在检测完所有 classes 之后（从初始数组）（全局缓存跟踪检测过的 classes）total 被打印出来，它将是 ~ 3秒。但是 max-min 大约是 30 秒。

更新二：

查看堆栈跟踪后，会发生以下情况：我叫

instrumentation.retransformClasses(retransformClassArray);

调用本机方法retransformClasses0()。一段时间后（！）JVM 调用 sun.instrument.InstrumentationImpl class 的 transform() 方法（但是这个方法一次只需要一个 class，所以 JVM 调用这个方法连续多次），它在 sun.instrument.TransformerManager 对象上调用 transform()，该对象有一个包含所有 ClassTransformers 注册的列表，并调用这些转换器中的每一个来转换 class（我只注册了一个变压器！！).

所以在我看来，大部分时间都花在了 JVM 上（在调用 retransformClasses0() 之后和每次调用 sun.instrument.InstrumentationImpl.transform() 之前）。有没有办法减少 JVM 执行此任务所需的时间？

Answer 1

根据您的描述，完整的转换似乎是运行在单个线程中进行的。

您可以创建多个线程，每个线程同时转换一个 class。由于 class 的转换应该独立于任何其他 class。这应该可以使您在整体转换时间上有所改善，这是执行系统上可用核心数量的一个因素。

您可以通过以下方式计算内核数：

int cores = Runtime.getRuntime().availableProcessors();

将要转换为核心数的 classes 列表分块，并创建可能的线程以并行处理这些块。

Answer 2

更正：

因为 retransformClasses(classArr) 不会立即重新转换 classArr 中的所有元素，而是会根据需要重新转换每个元素（例如，在链接时）。（请参阅 jdk [VM_RedefineClasses][1 ] 和 [jvmtiEnv][2])，它会同时 重新转换 所有这些。

retransformClasses() 的作用：

将控制转移到原生层，并给它一个class我们要转换的列表
对于每个要转换的 class，本机代码会尝试通过调用我们的 java 转换器来获取新版本，这会导致 java 代码之间的控制转移和原生。
本机代码用给定的新 class 版本相互替换内部表示的适当部分。

在第 1 步中：

java.lang.instrument.Instrumentation#retransformClasses调用sun.instrument.InstrumentationImpl#retransformClasses0是一个JNI方法，控制权会转移到native层。

// src/hotspot/share/prims/jvmtiEnv.cpp
jvmtiError
JvmtiEnv::RetransformClasses(jint class_count, const jclass* classes) {
  ...
  VM_RedefineClasses op(class_count, class_definitions, jvmti_class_load_kind_retransform);
  VMThread::execute(&op);
  ...
} /* end RetransformClasses */

在第2步中：

这一步由KlassFactory::create_from_stream实现，本程序会post一个ClassFileLoadHook事件，其回调可以通过调用javatransformer方法获取转换后的字节码。这一步控件会在原生代码和java代码之间来回切换。

// src/hotspot/share/classfile/klassFactory.cpp
// check and post a ClassFileLoadHook event before loading a class
// Skip this processing for VM hidden or anonymous classes
if (!cl_info.is_hidden() && (cl_info.unsafe_anonymous_host() == NULL)) {
  stream = check_class_file_load_hook(stream,
                                      name,
                                      loader_data,
                                      cl_info.protection_domain(),
                                      &cached_class_file,
                                      CHECK_NULL);
}

//src/java.instrument/share/native/libinstrument/JPLISAgent.c :
//call java code sun.instrument.InstrumentationImpl#transform
transformedBufferObject = (*jnienv)->CallObjectMethod(
   jnienv,
   agent->mInstrumentationImpl, //sun.instrument.InstrumentationImpl
   agent->mTransform, //transform
   moduleObject,
   loaderObject,
   classNameStringObject,
   classBeingRedefined,
   protectionDomain,
   classFileBufferObject,
   is_retransformer);

第3步：

VM_RedefineClasses::redefine_single_class(jclass the_jclass, InstanceKlass* scratch_class, TRAPS) 方法将目标 class 中的部分（例如常量池、方法等）替换为转换后的 class.

中的部分

// src/hotspot/share/prims/jvmtiRedefineClasses.cpp
for (int i = 0; i < _class_count; i++) {
  redefine_single_class(_class_defs[i].klass, _scratch_classes[i], thread);
}

那么如何加速运行时Java代码检测？

在我的项目中，如果应用程序在转换时处于暂停状态，total 时间和 max-min 时间几乎相同。你能提供一些演示代码吗？

改变 jvm 的工作方式是不可能的，所以多线程可能不是一个坏主意。在我的演示项目中使用多线程后，速度提高了好几倍。

如何加速运行时 Java 代码检测？

How to speed up runtime Java code instrumentation?

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