Java Agent的隔离实现以及卸载时一些坑

在《一文带你了解Java Agent》中，让大家了解了Java Agent的来龙去脉，当通过attach方式去动态加载一个Java Agent时，Agent中的类会被加载到业务的虚拟机中，在使用完Agent的之后，如果想卸载这些无用的类，怎么实现？

这里就涉及到如何回收Perm区、或者Metaspace中已经加载的类了，如果一个类的类加载器对象没有GC Root关联，那么可以通过FGC的方式回收这些类。不过，如果通过JVM内部的类加载器比如AppClassLoader去加载这些类的话，可能永远也不能回收了，所以得通过自定义的类加载器去实现Agent类的加载动作，因为自定义的类加载器对象，我们可以自己控制。

下面是自定义类加载器的实现

public class AgentClassLoader extends URLClassLoader {

    public AgentClassLoader(URL[] urls) {
        super(urls, ClassLoader.getSystemClassLoader().getParent());
    }

    @Override
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        final Class<?> loadedClass = findLoadedClass(name);
        if (loadedClass != null) {
            if (resolve) {
                resolveClass(loadedClass);
            }
            return loadedClass;
        }

        // 优先从parent（SystemClassLoader）里加载系统类，避免抛出ClassNotFoundException
        if (name != null && (name.startsWith("sun.") || name.startsWith("java."))) {
            return super.loadClass(name, resolve);
        }

        // 先从agent中加载
        try {
            Class<?> aClass = findClass(name);
            if (resolve) {
                resolveClass(aClass);
            }
            return aClass;
        } catch (Exception e) {
            // ignore
        }
        return super.loadClass(name, resolve);
    }
}

这样，通过AgentClassLoader加载的类，就可以和业务的类完全隔离开，在需要回收这些类的时候，只要把AgentClassLoader对象和GC root的关联完全掐断就行。

不过用了AgentClassLoader之后，还是遇到了一些坑，比如在Agent中使用Cat的时候，因为Cat是单例模式，都是通过 Cat.logEvent 这种方式使用，所以在第一次使用Cat的时候，Cat内部会进行初始化，比如系统信息上报逻辑。因为业务逻辑在使用Cat的时候，已经初始化过了一次，在Agent内部使用时，因为是通过AgentClassLoader加载的，又是一个全新的Cat，相当于那些上报逻辑又初始化了一次，这这种明显是不行的，那如何在Agent中可以使用业务加载的那个Cat对象呢？

后来想到了一个解决方案，通过一个CatAdapt封装了一下Cat

public class CatAdapter {

    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(CatAdapter.class);
    private static Method logEvent;

    public static void init(ClassLoader classLoader) {
        try {
            Class catClazz = Class.forName("com.dianping.cat.Cat", true, classLoader);
            logEvent = catClazz.getMethod("logEvent", String.class, String.class);
        } catch (Exception e) {
            logger.error("cat adapter init failed", e);
        }
    }

    public static void logEvent(String type, String name) {
        if (logEvent != null) {
            try {
                logEvent.invoke(null, type, name);
            } catch (Exception e) {
               // ignore
            }
        }
    }
}

在Agent初始化入口的agentmain方法中，获取当前线程的classLoader

ClassLoader currentClassLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
Class catAdapter = agentLoader.loadClass("com.**.**.CatAdapter");
Method catAdapterInit = catAdapter.getMethod("init", ClassLoader.class);
catAdapterInit.invoke(null, currentClassLoader);

又通过agentLoader去加载CatAdapter类，在init方法中，通过当前线程的classLoader去加载真正的Cat类，这时拿到的Cat的class对象和业务的Cat class对象是同一个，从而避免了上述问题，在Agent内部就可以通过CatAdapter实现Cat方法的代理调用，实现数据的埋点。

卸载时的一些坑

为了验证执行FGC时，是否可以把无用的类回收，遇到了下面这些坑。

1、很单纯的以为把agentLoader设置为null，我就可以快乐的回收了，执行了 jmap -histo:live pid 之后，惊喜的发现，Agent的类还在。

2、为了看下为什么没有回收，把堆对象dump下来，通过mat工具进行分析，找了一个Agent的类，发现其对象正被agentLoader对象拽着，顺腾摸瓜，发现agentLoader被线程池的线程拽着，这下明白了，需要把这些线程池给shutdown掉

3、因为在Agent初始化的时候，创建了几个线程池处理一些内部逻辑，所以要卸载Agent的时候，这些线程池必须shutdown。

4、把线程池shutdown之后，继续使用 jmap -histo:live pid ，发现这些类特么还在，真是顽固啊。dump下来，继续分析，发现agentLoader还被一个 Finalizer 对象给勾着！这是为啥，为什么有Finalizer对象勾着它？按照我的理解，只有重写了finalize方法的类才会有Finalizer对象，一瞬间，我怀疑是不是线程池的类重写了finalize方法，一查还真是，在 ThreadPoolExecutor 类中重写了finalize方法。

5、重写了finalize方法，这种情况理论上要经过两次GC才会被回收，执行了两次 jmap -histo:live pid ，Agent的类果然没了！！！那个开心。

6、后面又一次不经意的发现又无法回收了，又只能dump下来，继续分析，这次agentLoader对象被业务线程的threadLocal对象给拽着了，死都不放手。

这一次真的查了好久，因为不好复现，前前后后验证了多次，发现在使用了Agent的Mock功能之后，就会出现这个问题，Mock功能会根据业务配置的String字符串，通过jackson框架反序列化成一个对象并返回。

jackson在序列化的时候，需要开辟一块内存空间，为了能够重复利用这块空间，jackson默认把这个内存空间封装成一个SoftReference保存在ThreadLocal中。

这样每个线程都有一块内存可以重复使用，这原本是好事，但是在我们这，变成了一只暗搓搓的手，死死抓着agentLoader不放，导致了所有类都不能回收。

JsonFactory f = new JsonFactory();
f.disable(JsonFactory.Feature.USE_THREAD_LOCAL_FOR_BUFFER_RECYCLING);

最终通过取消这个特性，每次序列化都去创建一块内存，这样就可以避免这个问题，又可以快乐的回收了。