如何加快运行时 Java 代码检测？

Question

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

 instrumentation.retransformClasses(myClassesArray);

我假设 JVM 占用了大部分时间来重新加载更改的类。是对的吗？如何加快检测过程？

更新：
当我的代理被附加时，

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

只被调用一次。

然后MyTransfomer 类检测类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;
  }
}

检测所有类后（从初始数组）（全局缓存跟踪检测的类）total 被打印出来，大约需要 3 秒。但是max-min 大约是 30 秒。

更新 2：

查看堆栈跟踪后会发生以下情况： 我打电话

instrumentation.retransformClasses(retransformClassArray);

调用本机方法retransformClasses0()。一段时间后（！）JVM调用sun.instrument.InstrumentationImpl类的transform()方法（但是这个方法一次只需要一个类，所以JVM连续多次调用这个方法），它调用transform() sun.instrument.TransformerManager 对象有一个列表，其中包含所有已注册的 ClassTransformers 并调用这些转换器中的每一个来转换类（我只注册了一个转换器！！）。

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

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])，它会立即重新转换所有这些。

retransformClasses() 的作用：

1. 将控制权转移到原生层，并给它一个我们想要转换的类列表
2. 对于每个要转换的类，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 代码和本机代码之间的控制转移。
3. 本机代码将内部表示的适当部分替换为给定的新类版本。

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，这个过程会发布一个ClassFileLoadHook事件，其回调可以通过调用java转换器方法获取转换后的字节码。在这一步，控件会在native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);

在第 3 步中：

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

// 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);
}

那么如何加快运行时 Java 代码检测？

在我的项目中，如果应用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，它的速度提高了好几倍。

Answer 2

从您的描述看来，整个转换似乎是在单个线程中运行的。

您可以创建多个线程，每个线程同时转换一个类。作为一个类的转换应该独立于任何其他类。这应该可以让您在整体转换时间上缩短执行系统上可用的已用 Core 数量。

您可以使用以下方法计算核心数：

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

将要转换为核心数量的类列表分块，并创建可能的线程以并行处理这些块。