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SkyWalking java-agent 是如何工作的，自己实现一个监控sql执行耗时的agent

news 2025/6/22 11:52:03

Apache SkyWalking 是一个开源的应用性能监控 (APM) 工具，支持分布式系统的追踪、监控和诊断。SkyWalking Agent 是其中的一个重要组件，用于在服务端应用中收集性能数据和追踪信息，并将其发送到 SkyWalking 后端服务器进行处理和展示。

SkyWalking Agent 的工作原理

启动时加载 Agent：
SkyWalking Agent 通过 Java Agent 机制，在 JVM 启动时加载。用户需要在启动应用时添加 -javaagent 参数，指定 SkyWalking Agent 的 JAR 文件。
```
java -javaagent:/path/to/skywalking-agent.jar -jar your-application.jar
```
字节码增强：
SkyWalking Agent 使用字节码增强技术（基于字节码操作库如 ASM）来修改应用程序的类文件，以插入监控代码。这些代码会在方法调用、数据库访问、HTTP 请求等关键点收集性能数据。
拦截方法调用：
通过字节码增强，Agent 拦截应用程序中的特定方法调用（如 HTTP 请求、数据库查询等）。在方法开始前、方法结束后和异常抛出时，Agent 会记录相关信息。
收集性能数据和追踪信息：
拦截的方法调用会生成追踪数据，这些数据包括：
- 方法执行的开始时间和结束时间
- 方法执行的耗时
- 调用链上下文信息（如 Trace ID、Span ID）
- 方法的输入输出参数和异常信息
数据缓冲和发送：
收集到的数据会暂时存储在 Agent 的内存中，并定期批量发送到 SkyWalking 后端服务器。为了减少对应用程序性能的影响，数据发送通常是异步进行的。
后端处理和展示：
SkyWalking 后端服务器接收到数据后，会对其进行处理、存储，并在 Web UI 中展示。用户可以通过 Web UI 查看服务的调用链、性能指标、错误信息等。

SkyWalking Agent 的关键组件

Agent Core：负责 Agent 的初始化、配置加载和生命周期管理。
Plugin System：SkyWalking Agent 提供了插件系统，支持不同类型的 middleware、framework 的插件，如 HTTP、Dubbo、Spring、MyBatis 等。这些插件定义了如何拦截特定的框架方法，收集性能数据。
Tracing Context：管理调用链上下文，包括 Trace ID 和 Span ID 的生成和传递。
Reporter：负责将收集到的数据发送到 SkyWalking 后端服务器。

自己实现一个java agent

Java Agent 是 Java Instrumentation API 的一个强大功能，它允许你在运行时修改 Java 应用程序的行为。它们通常用于性能分析、监控和修改应用程序的执行。

自己实现一个实现一个 Java Agent 来监控 JDBC SQL 执行时间

步骤 1：创建 Java Agent

创建 Agent 类：
该类将实现 premain 方法来进行类的插桩。

import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.security.ProtectionDomain;public class SqlTimingAgent {public static void premain(String agentArgs, Instrumentation inst) {System.out.println("SQL Timing Agent loaded");inst.addTransformer(new SqlTimingTransformer());}
}

创建 Transformer 类：
该类将对 java.sql.Statement 和 java.sql.PreparedStatement 的 execute* 方法进行插桩。

import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.security.ProtectionDomain;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import javassist.ClassPool;
import javassist.CtClass;
import javassist.CtMethod;public class SqlTimingTransformer implements ClassFileTransformer {@Overridepublic byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {if (className.equals("java/sql/Statement") || className.equals("java/sql/PreparedStatement")) {return transformSQLClass(className, classfileBuffer);}return classfileBuffer;}private byte[] transformSQLClass(String className, byte[] classfileBuffer) {try {ClassPool cp = ClassPool.getDefault();CtClass cc = cp.get(className.replace("/", "."));for (CtMethod m : cc.getDeclaredMethods()) {if (m.getName().startsWith("execute")) {addTiming(m);}}return cc.toBytecode();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return classfileBuffer;}private void addTiming(CtMethod method) throws Exception {method.addLocalVariable("startTime", CtClass.longType);method.insertBefore("startTime = System.currentTimeMillis();");method.insertAfter("System.out.println(\"SQL Execute Time: \" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + \" ms\");");}
}

步骤 2：创建 Manifest 文件

创建一个 MANIFEST.MF 文件来指定代理类。

Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: SqlTimingAgent

步骤 3：将 Agent 打包为 JAR

编译你的代理类和 Transformer 类，并将它们与 manifest 文件一起打包到 JAR 文件中。

javac SqlTimingAgent.java SqlTimingTransformer.java
jar cfm SqlTimingAgent.jar MANIFEST.MF SqlTimingAgent.class SqlTimingTransformer.class

步骤 4：使用 Java Agent

在启动 Java 应用程序时使用 -javaagent 选项指定代理 JAR 文件。

java -javaagent:SqlTimingAgent.jar -jar YourApplication.jar

示例解释

SqlTimingAgent 类：
- premain 方法在 JVM 启动时被调用，添加 SqlTimingTransformer 作为类文件转换器。
SqlTimingTransformer 类：
- 该类实现了 ClassFileTransformer 接口，对 java.sql.Statement 和 java.sql.PreparedStatement 类进行转换。
- 在 transform 方法中，检查类名是否是 Statement 或 PreparedStatement，并调用 transformSQLClass 方法。
- transformSQLClass 方法使用 Javassist 库修改类的字节码，对 execute* 方法添加时间记录代码。
字节码修改：
- 在 execute* 方法开始前记录当前时间。
- 在方法结束后，计算并输出 SQL 执行时间。