Arthas源码分析--jad反编译原理

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Arthas是阿里巴巴开源的Java应用诊断利器，本文介绍Arthas 3.1.1版本里jad命令的实现原理。

jad命令介绍

jad即java decompiler，把JVM已加载类的字节码反编译成Java代码。比如反编译String类：

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$ jad java.lang.String
 
ClassLoader:
 
Location:
 
/*
* Decompiled with CFR .
*/
package java.lang;
 
import java.io.ObjectStreamField;
...
public final class String
implements Serializable,
Comparable<String>,
CharSequence {
    private final char[] value;
    private int hash;
    private static final long serialVersionUID = -6849794470754667710L;
    private static final ObjectStreamField[] serialPersistentFields = new ObjectStreamField[0];
    public static final Comparator<String> CASE_INSENSITIVE_ORDER = new CaseInsensitiveComparator();
 
    public String(byte[] arrby, int n, int n2) {
        String.checkBounds(arrby, n, n2);
        this.value = StringCoding.decode(arrby, n, n2);
    }
...

获取到类的字节码

反编译有两部分工作：

  1. 获取到字节码
  2. 反编译为Java代码

那么怎么从运行的JVM里获取到字节码？

最常见的思路是，在classpaths下面查找，比如 ClassLoader.getResource("java/lang/String.class")，但是这样子查找到的字节码不一定对。比如可能有多个冲突的jar，或者有Java Agent修改了字节码。

ClassFileTransformer机制

从JDK 1.5起，有一套ClassFileTransformer的机制，Java Agent通过Instrumentation注册ClassFileTransformer，那么在类加载或者retransform时就可以回调修改字节码。

显然，在Arthas里，要增强的类是已经被加载的，所以它们的字节码都是在retransform时被修改的。
通过显式调用Instrumentation.retransformClasses(Class<?>...)可以触发回调。

Arthas里增强字节码的watch/trace/stack/tt等命令都是通过ClassFileTransformer来实现的。

ClassFileTransformer的接口如下：

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public interface ClassFileTransformer {
    byte[]
    transform(  ClassLoader         loader,
                String              className,
                Class<?>            classBeingRedefined,
                ProtectionDomain    protectionDomain,
                byte[]              classfileBuffer)
        throws IllegalClassFormatException;

看到这里，读者应该猜到jad是怎么获取到字节码的了：

  1. 注册一个ClassFileTransformer
  2. 通过Instrumentation.retransformClasses触发回调
  3. 在回调的transform函数里获取到字节码
  4. 删掉注册的ClassFileTransformer

使用cfr来反编译

获取到字节码之后，怎样转换为Java代码呢？

以前大家使用比较多的反编译软件可能是jd-gui，但是它不支持JDK8的lambda语法和一些新版本JDK的特性。

后面比较成熟的反编译软件是cfr，它以前是不开源的。直到最近的0.145版本，作者终于开源了，可喜可贺。地址是

在Arthas jad命令里，通过调用cfr来完成反编译。

jad命令的缺陷

99%的情况下，jad命令dump下来的字节码是准确的，除了一些极端情况。

  1. 因为JVM里注册的ClassFileTransformer可能有多个，那么在JVM里运行的字节码里，可能是被多个ClassFileTransformer处理过的。
  2. 触发了retransformClasses之后，这些注册的ClassFileTransformer会被依次回，上一个处理的字节码传递到下一个。
    所以不能保证这些ClassFileTransformer第二次执行会返回同样的结果。
  3. 有可能一些ClassFileTransformer会被删掉，触发retransformClasses之后，之前的一些修改就会丢失掉。

所以目前在Arthas里，如果开两个窗口，一个窗口执行watch/tt等命令，另一个窗口对这个类执行jad，那么可以观察到watch/tt停止了输出，实际上是因为字节码在触发了retransformClasses之后，watch/tt所做的修改丢失了。

精确获取JVM内运行的java字节码的办法

如果想精确获取到JVM内运行的Java字节码，可以使用这个dumpclass工具，它是通过sa-jdi.jar来实现的，保证dump下来的字节码是JVM内所运行的。

总结

总结jad命令的工作原理：

  • 通过注册ClassFileTransformer，再触发retransformClasses来获取字节码
  • 通过cfr来反编译
  • ClassFileTransformer的方式来获取字节码有一定缺陷
  • 通过dumpclass工具可以精确获取字节码

jad命令可以在线上快速检查运行时的代码，并且结合mc/redefine命令可以热更新代码：

链接

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