如何把Java代码玩出花？JVM Sandbox入门教程与原理浅谈

在日常业务代码开发中，我们经常接触到AOP，比如熟知的Spring AOP。我们用它来做业务切面，比如登录校验，日志记录，性能监控，全局过滤器等。但Spring AOP有一个局限性，并不是所有的类都托管在 Spring 容器中，例如很多中间件代码、三方包代码，Java原生代码，都不能被Spring AOP代理到。如此一来，一旦你想要做的切面逻辑并不属于Spring的管辖范围，或者你想实现脱离Spring限制的切面功能，就无法实现了。

那对于Java后端应用，有没有一种更为通用的AOP方式呢？答案是有的，Java自身提供了JVM TI，Instrumentation等功能，允许使用者以通过一系列API完成对JVM的复杂控制。自此衍生出了很多著名的框架，比如Btrace，Arthas等等，帮助开发者们实现更多更复杂的Java功能。

JVM Sandbox也是其中的一员。当然，不同框架的设计目的和使命是不一样的，JVM-Sandbox的设计目的是实现一种在不重启、不侵入目标JVM应用情况下的AOP解决方案。

是不是看到这里还是不清楚我在讲什么？别急，我举几个典型的JVM-Sandbox应用场景：

• 流量回放：如何录制线上应用每次接口请求的入参和出参？改动应用代码固然可以，但成本太大，通过JVM-Sandbox，可以直接在不修改代码的情况下，直接抓取接口的出入参。
• 安全漏洞热修复：假设某个三方包（例如出名的fastjson）又出现了漏洞，集团内那么多应用，一个个发布新版本修复，漏洞已经造成了大量破坏。通过JVM-Sandbox，直接修改替换有漏洞的代码，及时止损。
• 接口故障模拟：想要模拟某个接口超时5s后返回false的情况，JVM-Sandbox很轻松就能实现。
• 故障定位：像Arthas类似的功能。
• 接口限流：动态对指定的接口做限流。
• 日志打印
• …

可以看到，借助JVM-Sandbox，你可以实现很多之前在业务代码中做不了的事，大大拓展了可操作的范围。

本文围绕JVM SandBox展开，主要介绍如下内容：

• JVM SandBox诞生背景
• JVM SandBox架构设计
• JVM SandBox代码实战
• JVM SandBox底层技术
• 总结与展望

JVM Sandbox诞生背景

JVM Sandbox诞生的技术背景在引言中已经赘述完毕，下面是作者开发该框架的一些业务背景，以下描述引用自文章:

JVM SandBox 是阿里开源的一款 JVM 平台非侵入式运行期 AOP 解决方案，本质上是一种 AOP 落地形式。那么可能有同学会问：已有成熟的 Spring AOP 解决方案，阿里巴巴为什么还要“重复造轮子”？这个问题要回到 JVM SandBox 诞生的背景中来回答。在 2016 年中，天猫双十一催动了阿里巴巴内部大量业务系统的改动，恰逢徐冬晨（阿里巴巴测试开发专家）所在的团队调整，测试资源保障严重不足，迫使他们必须考虑更精准、更便捷的老业务测试回归验证方案。开发团队面临的是新接手的老系统，老的业务代码架构难以满足可测性的要求，很多现有测试框架也无法应用到老的业务系统架构中，于是需要新的测试思路和测试框架。

为什么不采用 Spring AOP 方案呢？Spring AOP 方案的痛点在于不是所有业务代码都托管在 Spring 容器中，而且更底层的中间件代码、三方包代码无法纳入到回归测试范围，更糟糕的是测试框架会引入自身所依赖的类库，经常与业务代码的类库产生冲突，因此，JVM SandBox 应运而生。

JVM Sandbox整体架构

本章节不详细讲述JVM SandBox的所有架构设计，只讲其中几个最重要的特性。详细的架构设计可以看原框架代码仓库的Wiki。

类隔离

很多框架通过破坏双亲委派（我更愿意称之为直系亲属委派）来实现类隔离，SandBox也不例外。它通过自定义的SandboxClassLoader破坏了双亲委派的约定，实现了几个隔离特性：

• 和目标应用的类隔离：不用担心加载沙箱会引起原应用的类污染、冲突。
• 模块之间类隔离：做到模块与模块之间、模块和沙箱之间、模块和应用之间互不干扰。

无侵入AOP与事件驱动

JVM-SANDBOX属于基于Instrumentation的动态编织类的AOP框架，通过精心构造了字节码增强逻辑，使得沙箱的模块能在不违反JDK约束情况下实现对目标应用方法的无侵入运行时AOP拦截。

从上图中，可以看到一个方法的整个执行周期都被代码“加强”了，能够带来的好处就是你在使用JVM SandBox只需要对于方法的事件进行处理。

// BEFORE
try {

   /*
    * do something...
    */

    // RETURN
    return;

} catch (Throwable cause) {
    // THROWS
}

在沙箱的世界观中，任何一个Java方法的调用都可以分解为BEFORE、RETURN和THROWS三个环节，由此在三个环节上引申出对应环节的事件探测和流程控制机制。

基于BEFORE、RETURN和THROWS三个环节事件分离，沙箱的模块可以完成很多类AOP的操作。

1. 可以感知和改变方法调用的入参
2. 可以感知和改变方法调用返回值和抛出的异常
3. 可以改变方法执行的流程
   • 在方法体执行之前直接返回自定义结果对象，原有方法代码将不会被执行
   • 在方法体返回之前重新构造新的结果对象，甚至可以改变为抛出异常
   • 在方法体抛出异常之后重新抛出新的异常，甚至可以改变为正常返回

一切都是事件驱动的，这一点你可能很迷糊，但是在下文的实战环节中，可以帮助你理解。

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