Enhancer轻量化的字节码增强组件包

2023年 9月 11日 72.7k 0

一、问题描述

当我们的业务发展到一定阶段的时候,系统的复杂度往往会非常高,不再是一个简单的单体应用所能够承载的,随之而来的是系统架构的不断升级与演变。一般对于大型的To C的互联网企业来说,整个系统都是构建于微服务的架构之上,原因是To C的业务有着天生的微服务化的诉求:需求迭代快、业务系统多、领域划分多、链路调用关系复杂、容忍延迟低、故障传播快。微服务化之后带来的问题也很明显:服务的管理复杂、链路的梳理复杂、系统故障会在整个链路中迅速传播。

这里我们不讨论链路的依赖或服务的管理等问题,本次要解决的问题是怎么防止单个系统故障影响整个系统。这是一个复杂的问题,因为服务的传播特性,一个服务出现故障,其他依赖或被依赖的服务都会受到影响。为了找到解决问题的办法,我们试着通过5why提问法来找答案。

PS:这里说的系统故障,是特指由于慢调用、慢查询等影响系统性能而导致的系统故障。

问:怎么防止单个系统故障影响整个系统?

答:避免单个系统的故障的传播。

问:怎么避免故障的传播?

答:找到系统故障的原因,解决故障。

问:怎么找到系统故障的原因?

答:找到并优化系统中耗时长的方法。

问:怎么找到系统中耗时长的方法?

答:通过对特定方法做AOP拦截。

问:怎么对特定方法做AOP拦截?

答:通过字节码增强的方式对目标方法做拦截并植入内联代码。

通过5why提问法,我们得到了解决问题的方法,我们需要对目标方法做AOP拦截,统计业务方法及各个子方法的耗时,得到所有方法的耗时分布,快速定位到比较慢的方法,最后找出业务系统的性能瓶颈在哪里。

二 、方案选型

我们知道AOP是一种编码思想,跟OOP不同,AOP是将特定的方法逻辑,以切面的形式编织到目标方法中,这里不再赘述AOP的思想。

如果在网上搜一下“AOP的实现方式”,你会得到大致相同的结果:AOP的实现方式是通过动态代理或Cglib代理。其实这不太准确,准确的来说,AOP可以通过代理或Advice两种方式来实现。请注意这里说的Advice并不是Spring所依赖的aspectj中的Advice,而是一种代码织入的技术,它与代理的区别在于,代码织入技术不需要创建代理类。

如果用图形表示的话,可以更简单更直观的感受到两者的区别。代码织入的方式,不会创建代理类,而是直接在目标方法的方法体的前后织入一段内联的代码,以达到增强的效果,如下图所示:

图片图片

我选择代码织入技术而不是AOP,原因是可以避免创建大量的代理类增加元空间的内存占用,另外代码织入技术更底层一些,能实现的能力更强,此外内联代码会随着原方法一起执行,性能也更好。

有了具体的技术选型的方案之后,我们还需要确定该方案的建设目标,以下整理了一些基本的目标:

图片图片

三、技术方案

代码织入的时机也有多种方式,比如Lombok是通过在编译器对代码进行织入,主要依赖的是在 Javac 编译阶段利用“Annotation Processor”,对自定义的注解进行预处理后生成代码然后织入;其他的像CGLIB、ByteBuddy等框架是在运行时对代码进行织入的,主要依赖的是Java Agent技术,通过JVMTI的接口实现在运行时对字节码进行增强。

本次的技术方案,用一句话可以概括为:通过字节码增强,对指定的目标方法进行拦截,并在方法前后织入一段内联代码,在内联代码中计算目标方法的耗时,最后将统计到的方法信息进行分析。

项目结构

整个方案的代码实现非常简单,用一个图描述如下:

图片图片

项目的代码结构如下所示,核心代码非常少:

图片图片

核心组件

其中Enhancer是增强器的入口类,在增强器启动时会扫描所有的插件:EnhancedPlugin。

EnhancedPlugin表示的是一个执行代码增强的插件,其中定义了几个抽象方法,需要由用户自己实现:

/**
* 执行代码增强的插件
*
* @auther houyi.wh
* @date 2023-08-15 20:12:01
* @since 0.0.1
*/
public abstract class EnhancedPlugin {

/**
* 匹配特定的类型
*
* @return 类型匹配器
* @since 0.0.1
*/
public abstract ElementMatcher.Junction typeMatcher();

/**
* 匹配特定的方法
*
* @return 方法匹配器
* @since 0.0.1
*/
public abstract ElementMatcher.Junction methodMatcher();

/**
* 负责执行增强逻辑的拦截器
*
* @return 拦截器
* @since 0.0.1
*/
public abstract Class

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