去哪儿系统高可用之法,深入解析JavaWeb技术内幕

原标题:去何方系统高可用之法:搭建故障练习平台

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Classloader负责将Class加载到JVM中,并且规定由尤其ClassLoader来加载(父优先的级差加运载飞机制)。还有贰个职务正是将Class字节码重新诠释为JVM统一要求的格式

小编介绍

Ali妹导读:减去故障的最棒办法正是让故障平常性的发出。通过不断重复失利进程,持续升高系统的容错和弹质量力。昨日,Alibaba把6年来在故障演习领域的新意和实践汇浓缩而成的工具进行开源,它正是“ChaosBlade”。假诺你想要升高开发效能,不要紧来精通一下。

一.Classloader类结构解析

王鹏,201七年投入去啥地方机票事业部,主要从事后端研究开发工作,近年来在机票事业部负责行程单和故障练习平台以及国有服务ES、数据同步中间件等有关的研究开发工作。

高可用架构是保持服务稳定性的宗旨。

(一)首要由三个艺术,分别是defineClass,findClass,loadClass,resolveClass
  • <1>defineClass(byte[] , int ,int)
    将byte字节流解析为JVM能够分辨的Class对象(直接调用这一个方法生成的Class对象还未曾resolve,那个resolve将会在那么些指标真正实例化时resolve)

  • <②>findClass,通过类名去加载对应的Class对象。当我们达成自定义的classLoader经常是重写这些法子,遵照传入的类名找到对应字节码的文本,并透过调用defineClass解析出Class独享

  • <3>loadClass运行时方可通过调用此办法加载四个类(由于类是动态加载进jvm,用多少加载多少的?)

  • <肆>resolveClass手动调用那么些使得被加到JVM的类被链接(解析resolve这么些类?)

去何方网二零零七年建立于今,随着系统规模的日趋扩充,已经有众多个应用系统,这个系统里头的耦合度和链路的复杂度不断压实,对于我们创设分布式高可用的系统架构具有巨大挑战。大家须要二个平台在运营期自动注入故障,检查测试故障预案是或不是起效——故障练习平台。

Alibaba在海量网络服务以及每年双1壹风貌的实施进程中,沉淀出了总结全链路压测、线上流量管理控制、故障演习等高可用宗旨技术,并由此开源和云上服务的花样对外输出,以支援公司用户和开发者享受Alibaba的技能红利,进步支付功用,缩小工作的塑造流程。

(2)达成自定义ClassLoader一般会持续URubiconLClassLoader类,因为这一个类达成了大部分艺术。

一、背景

比如,借助阿里云品质测试 PTS,高效用创设全链路压测连串,通过开源组件
Sentinel 完毕限流和贬低功用。那三遍,经历了 6年日子的勘误和进行,累计在线上实施练习场景达数万次,大家将阿里巴巴(Alibaba)在故障演习领域的新意和推行,浓缩成八个混沌工程工具,并将其开源,命名为ChaosBlade。

二.ClassLoader的等级加运载飞机制

那是某事业部的系统拓扑图:

ChaosBlade 是什么?

ChaosBlade
是一款遵守混沌工程试行原理,提供丰盛故障场景达成,帮衬分布式系统进步容错性和可复苏性的愚钝工程工具,可实现底层故障的流入,特点是操作简单、无侵入、扩充性强。

ChaosBlade 基于 Apache License v二.0 开源协议,近日有 chaosblade 和
chaosblade-exe-jvm 三个仓库。

chaosblade 包涵 CLI 和应用 Golang
完毕的基本功财富、容器相关的无知实验实施执行模块。chaosblade-exe-jvm
是对运营在 JVM 上的选用实施混沌实验的执行器。

ChaosBlade 社区持续还会添加 C++、Node.js 等任何语言的无知实验执行器。

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(一)JVM平台提供3层的ClassLoader,那叁层ClassLoader能够分为两类,分别是劳务JVM本身的,和劳动广大普通类的。分别是:
  • <一>BootstrapClassLoader:主要加载JVM本人工作所急需的类,该ClassLoader未有父类加载器和子类加载器

  • <2>ExtClassLoader:这一个类加载器同样是JVM自己的壹有个别,可是否由JVM完成,首要用以加载System.getProperty(“java.ext.dirs”)目录地下的类,如本机的值“D:\java\jdk7\jre\lib\ext;C:\Windows\Sun\Java\lib\ext”

  • <三>AppClassLoader:加载System.getProperty(“java.class.path”)(注意了在ide中运作程序时,该值日常是该项指标classes文件夹)中的类。全数的自定义类加载器不管直接促成ClassLoader,是后续自U猎豹CS陆LClassLoader或其子类,其父加载器(注意:父加载器与父类的个别)都是AppClassLoader,因为无论调用哪个父类的构造器,最后都将调用getSystemClassLoader作为父加载器,而该办法重回的即是AppClassLoader。(当应用程序中并未有任何自定义的classLoader,那么除了System.getProperty(“java.ext.dirs”)目录中的类,其余类都由AppClassLoader加载)

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怎么要开源?

广大同盟社曾经起来关切并研究混沌工程,稳步成为测试系统高可用,营造对系统音信不得缺点和失误的工具。但混沌工程领域近来还处在一个相当慢形成的级差,最棒实践和工具框架未有统一标准。实施混沌工程或然会带来壹些潜在的作业风险,经验和工具的不够也将特别阻止
DevOps 人士履行混沌工程。

混沌工程领域近来也有过多妙不可言的开源工具,分别覆盖有些世界,但那个工具的行使情势差别,个中有个别工具上手难度大,学习费用高,混沌实验能力单1,使很两个人对混沌工程领域望而却步。

Alibaba公司在混沌工程领域曾经执行多年,将混沌实验工具 ChaosBlade
开源指标,大家意在:

  • 让越来越多人询问并进入到混沌工程领域;
  • 缩水创设混沌工程的路线;
  • 还要凭借社区的能力,完善更加多的无知实验现象,共同拉动混沌工程领域的发展。
(2)Jvm加载class文件到内有着三种艺术,隐式加载和出示加载,经常那三种方式是勾兑使用的
  • <一>隐式加载:是通过JVM来自动加载须求的类到内部存款和储蓄器的艺术,当有个别类被采取时,JVM发现此类不在内部存储器中,那么它就会自行加载该类到内部存款和储蓄器

  • <2>展现加载:通过调用this.getClasss.getClassLoader.loadClass(),Class.forName,本身达成的ClassLoader的findClass方法

系统里面包车型客车正视性相当复杂、调用链路很深、服务中间未有分支。在那种复杂的正视下,系统一发布出了几起故障:

ChaosBlade 能消除什么难题?

权衡微服务的容错能力

透过模拟调用延迟、服务不可用、机器财富满载等,查看发生故障的节点或实例是还是不是被自动隔绝、下线,流量调度是还是不是科学,预案是或不是可行,同时阅览系统一整合体的
QPS 或 奥迪Q三T
是或不是受影响。在此基础上能够舒缓扩展故障节点范围,验证上游服务限流降级、熔断等是不是可行。最终故障节点扩大到请求服务超时,揣摸系统容错红线,度量系统容错能力。

注脚容器编排配置是否创造

经过模拟杀服务 Pod、杀节点、增大 Pod
财富负载,阅览系统服务可用性,验证副本配置、能源限制配置以及 Pod
下布署的容器是还是不是合理。

测试 PaaS 层是或不是健全

通过模拟上层财富负载,验证调度种类的实惠;模拟信赖的分布式存款和储蓄不可用,验证系统的容错能力;模拟调度节点不可用,测试调度义务是还是不是自动员搬迁移到可用节点;模拟主备节点故障,测试主备切换是还是不是平常。

表明监察和控制告警的时效性

通过对系统注入故障,验香港证肆期货交易监督委员会察和控制目标是或不是确切,监察和控制维度是或不是周密,告警阈值是或不是合理,告警是否飞快,告警接收人是或不是科学,布告渠道是或不是可用等,升高监督告警的标准和时效性。

定点与缓解难点的应急力量

经过故障突袭,随机对系统注入故障,考查相关职员对题指标应急力量,以及难点上报、处理流程是或不是站得住,达到以战养战,锻练人稳定与缓解难点的力量。

(三)上级委托机制:当多个加载器加载类字时,先委托其父加载器加载,若加载成功则反映给该加载器,若父加载器不能够加载,则由该加载器加载
  • 弱正视挂掉,主流程挂掉,修改报废凭证的付出景况,下单主流程败北;
  • 主导服务调用量陡增,某服务超时引起相关联的保有服务“雪崩”;
  • 机房网络或然有个别机器挂掉,不能够提供基本服务。

意义和特色

处境丰裕度高

ChaosBlade 扶助的愚拙实验现象不仅覆盖基础财富,如 CPU 满载、磁盘 IO
高、网络延迟等,还包蕴运维在 JVM 上的使用试验现象,如 Dubbo
调用超时和调用十分、钦点方法延迟或抛极度以及重返特定值等,同时涉嫌容器相关的尝试,如杀容器、杀
Pod。后续会不停的增多试行现象。

选取简单,易于精晓

ChaosBlade 通过 CLI
格局进行,具有本身的命令提醒成效,可以省略便捷的左侧使用。命令的书写遵从Alibaba公司内多年故障测试和演练实践抽象出的故障注入模型,层次显然,易于阅读和领悟,下落了混沌工程执行的妙方。

情景扩大方便

不无的 ChaosBlade
实验执行器同样遵从上述提到的故障注入模型,使实验现象模型统1,便于开发和掩护。模型本身通俗易懂,学习费用低,能够依据模型方便连忙的增添越多的愚拙实验现象。

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3.怎么加载class文件:

分为多个步骤 加载字节码到内部存款和储蓄器、Linking、类字节开首化赋值

多少个故障原因:

ChaosBlade 的演进史

EOS(2012-2015):故障演练平台的早先时代版本,故障注入能力通过字节码增强情势达成,模拟常见的
HighlanderPC 故障,消除微服务的强弱正视治理难点。

MonkeyKing(2016-2018):故障演习平台的升级换代版本,充分了故障场景(如:能源、容器层场景),发轫在生产环境开始展览局地规模化的彩排。

AHAS(2018.9-至今):Ali云应用高可用服务,内置练习平台的1体作用,支持可编制演练、练习插件扩充等力量,并整合了架构感知和限流降级的功能。

ChaosBlade:是 MonkeyKing
平台底层故障注入的落实工具,通过对演习平台底层的故障注入能力开展抽象,定义了一套故障模型。合作用户自个儿的
CLI 工具进行开源,协助云原生用户实行混沌工程测试。

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(1)加载字节码到内部存款和储蓄器:(这一步日常通过findclass()方法完毕)

以UKugaLClassLoader为例:该类的构造函数返现必须制定3个ULacrosseL数据才能创设该目的,该类中隐含三个U中华VLClassPath对象,U奇骏LClassPath会判断传过来的U宝马X5L是文件只怕Jar包,成立相应的FileLoader可能JarLoader只怕暗许加载器,当jvm调用findclass时,这一个加载器将class文件的字节码加载到内存中

  • 系统强弱注重混乱、弱依赖无降级;
  • 系统流量剧增,系统体量不足,未有限流熔断机制;
  • 硬件能源互连网现身难点影响系统运作,未有高可用的网络架构。

近年来设计

成效迭代:

  • 拉长 JVM 演习场景,帮衬越来越多的 Java 主流框架,如 Redis,GCR-VPC
  • 增长 Kubernetes 练习场景
  • 扩充对 C++、Node.js 等应用的支撑
(二)Linking:验证与分析,包罗3步:
  • <一>字节码验证

  • <2>类准备:准备代表每一个类中定义的字段、方法和达成接口所需的数据结构

  • <三>解析:那些等级类装入器转入类所选用的任何类

饶有的难题,在那种复杂的依赖结构下被放大,贰个凭借二伍个SOA服务的种类,每个服务9玖.9九%可用。9玖.9玖%的38次方≈9九.七%。0.3%意味着1亿次呼吁会有三,000,00次破产,换算成时间差不离每月有2个时辰服务不平稳。随着服务依赖数量的变多,服务不安定的可能率会呈指数性进步,那个标题最后都会转接为故障表现出来。

社区共建:

迎接待上访问 ChaosBlade@GitHub,参加社区共同建设,包罗但不防止:

  • 架构划设想计
  • 模块设计
  • 代码实现
  • Bug Fix
  • Demo样例
  • 文书档案、网址和翻译

正文小编:中亭

翻阅最初的作品

正文来源云栖社区合作伙伴“ Ali技术”,如需转发请联系原版的书文者。

(叁)初步化class对象,执行静态初叶化器并在那阶段末尾开始化静态字段为默许值

二、系统高可用的方法论

四.广阔加载类错误分析

怎么着营造多个高可用的系统吧?首先要分析一下不可用的要素都有怎样:

(1)ClassNotFoundException:

万般是jvm要加载多个文本的字节码到内部存款和储蓄器时,未有找到这一个字节码(如forName,loadClass等办法)

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(2)NoClassDefFoundError:

通常是应用new关键字,属性引用了某些类,继承了某些类或接口,但JVM加载这一个类时发现那几个类不设有的拾分

高可用系统独立实践

(3)UnsatisfiedLinkErrpr:

如native的方式找不到本机的lib

力排众议上来说,当图中拥有的工作都做完,大家就足以认为系统是叁个确实的高可用系统。但正是如此啊?

5.常用classLoader(书本此处其实是对tom加载servlet使用的classLoader分析)

这正是说故障演练平台就欢娱登场了。当上述的高可用实践都做完,利用故障演习平台做2次真正的故障练习,在系统运维期动态地注入壹些故障,从而来验证下系统是不是依照故障预案去实践相应的降级或许熔断策略。

(1)AppClassLoader:

加载jvm的classpath中的类和tomcat的主题类

三、故障练习平台

(2)StandardClassLoader:

加载tomcat容器的classLoader,别的webAppClassLoader在loadclass时,发现类不在JVM的classPath下,在PackageTriggers(是一个字符串数组,包括一组不能够应用webAppClassLoader加载的类的包名字符串)下的话,将由该加载器加载(注意:StandardClassLoader并从未覆盖loadclass方法,所以其加载的类和AppClassLoader加载没什么分别,并且动用getClassLoader再次来到的也是AppClassLoader)(其余,假使web应用直接放在tomcat的webapp目录下该使用就会透过StandardClassLoader加载,测度是因为webapp目录在PackageTriggers中?)

故障演习平台:查查故障预案是不是确实的起作用的平台。

(3)webAppClassLoader如:

Servlet等web应用中的类的加载(loadclass方法的平整详见P16玖)

故障类型:重差不多括运转期十分、超时等等。通过对系统有些服务动态地注入运行期万分来完成模拟故障的指标,系统依照预案执行相应的策略验证系统是否是真正的高可用。

⑥.自定义的classloader

一、故障练习平台的完全架构

(1)需求利用自定义classloader的事态
  • <1>不在System.getProperty(“java.class.path”)中的类公事不得以被AppClassLoader找到(LoaderClass方法只会去classpath下加载特定类名的类),当class文件的字节码不在ClassPath就需求自定义classloader

  • <二>对加载的一点类需求作尤其处理

  • <③>定义类的实际效果机制,对已经修改的类重新加载,达成热计划

故障演习平台框架结构首要分为4有的:

(贰)加载自定义路径中的class文件
  • <1>加载特定来源的某个类:重写find方法,使特定类或然特定来源的字节码
    通过defineClass得到class类并重临(应该符合jvm的类加载规范,别的类仍利用父加载器加载)

  • <二>加载自顶3个是的class文件(如通过网络盛传的经过加密的class文件字节码):findclass中加密后再加载

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七.完成类的热安排:

  • (一)同四个classLoader的七个实例加载同1个类,JVM也会识别为七个

  • (二)不能够重复加载同一个类(全名相同,并选取同多少个类加载器),会报错

  • (三)不该动态加载类,因为对象呗引用后,对象的性质结构被涂改会吸引难题

留神:使用区别classLoader加载的同一个类公事获得的类,JVM将作为是三个不一样类,使用单例形式,强制类型转换时都大概因为这一个缘故出标题。

  • 前台体现系统(WEB):来得系统里头的拓扑关系以及各种AppCode对应的集群和格局,能够采取具体的法门举行故障的流入和清除;
  • 颁发连串(Deploy):这一个系统主要性用于将故障练习平台的Agent和Binder包发表到对象电脑软件的机器上同时运维实施。前台浮现系统会传送给宣布平台要举办故障注入的AppCode以及指标应用程式的IP地址,通过那三个参数公布种类可以找到呼应的机器进行Jar包的下载和开行;
  • 劳动和指令分发系统(Server):其一连串首假设用来命令的分发、注入故障的情况记录、故障注入和解除操作的逻辑、权限校验以及有关的Agent的回来新闻接收效果。前台页面已经接入QSSO会对当前人能够操作的IP列表做故障注入,防范危害。后端命令分发的模块会和计划在目的应用软件上的Agent举行通讯,将指令推送到Agent上进行字节码编织,Agent执行命令后回来的始末通过Server和Agent的长连接传回Server端;
  • Agent和Binder程序:Agent负责对指标应用程式做代办并且做字节码增强,具体代理的主意可以因此传输的吩咐来决定,代理方法后对章程做动态的字节码增强,这种字节码增强全数无侵入、实时生效、动态可插拔的特点。Binder程序首借使因而发布体系传递过来的AppCode和运维端口(ServerPort)找到对象应用程式的JVM进度,之后执行动态绑定,实现运营期代码增强的成效。

原书链接

如上内容只是个体笔记纪录,更加多完整内容请购买小编原书籍查看。《深刻解析JavaWeb技术内幕》

二、 Agent全体架构

近年来AOP的落到实处有三种方法:

  • 静态编织:静态编织发生在字节码生成时依照早晚框架的规则提前将AOP字节码插入到指标类和艺术中;
  • 动态编织:在JVM运维期对钦点的点子成功AOP字节码增强。常见的主意超过三分之一用到重命名原有艺术,再新建3个同名方法做代办的工作情势来成功。

静态编织的标题是如果想更改字节码必须重启,那给支付和测试进度导致了十分的大的不便。动态的主意纵然能够在运营期注入字节码完结动态增进,但并未统1的API很不难操作错误。基于此,大家应用动态编织的艺术、规范的API来规范字节码的扭转——Agent组件。

Agent组件:透过JDK所提供的Instrumentation-API完毕了动用HotSwap技术在不重启JVM的状态下跌成对随意方法的增强,无论我们是做故障演练、调用链追踪(QTrace)、流量录像平台(Ares)以及动态增加日志输出BTrace,都亟待一个持有无侵入、实时生效、动态可插拔的字节码增强组件。

Agent的风云模型

如图所示,事件模型首要可分为三类事件:

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BEFORE在措施执行前事件、THROWS抛出分外事件、RETUCR-VN再次回到事件。那3类事件可以在格局执行前、重返和抛出分外这三种情状做字节码编织。

1般来说代码:

// BEFORE

try {

/*

* do something…

*/

foo();

// RETURN

return;

} catch (Throwable e) {

// THROWS

}

事件模型能够做到八个成效:

  • 在方法体执行从前一向回到自定义结果对象,原有艺术代码将不会被实践;
  • 在方法体重返之前再度布局新的结果对象,甚至能够更改为抛出万分;
  • 在方法体抛出格外之后再也抛出新的分外,甚至足以改变为正规重回。

Agent怎么着预防“类污染”

在支付Agent的时候,第贰个应用是故障演习平台,那么那年其实大家并不须求Agent执行的长河中有自定义结果对象的归来,所以首先个版本的Agent采取硬编码的方法展开动态织入:

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故障类加载模型

率先介绍下几个类加载器:

  • BootstrapClassLoader辅导类加载器加载的是JVM自个儿需求的类,那个类加载使用C++语言完结的,是虚拟机本身的1部分;
  • ExtClassLoader它负责加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下依旧由系统变量-Djava.ext.dir钦命位路径中的类库;
  • AppClassLoader它肩负加载系统类路径java-classpath或-D
    java.class.path钦赐路线下的类库,也正是大家日常应用的classpath路径;
  • CommonClassLoader以及上边的都以汤姆cat定义的ClassLoader。

Agent和血脉相通的lib会放到AppClassLoader那一层去加载,利用Javasist做字节码的织入,所以Javasist的加载器正是AppClassLoader。

唯独想更改的是汤姆cat
WebClassLoader所加载的com.xxx.InvocationHandler这么些类的Invoke方法,分裂的ClassLoader之间的类是无法相互拜访的,做字节码的变换并不须求那几个类的实例,也不要求重返结果,所以可以由此Instrument
API获得这些类加载器,并且可以依据类名称获取到那一个类的字节码举行字节码变换。故障类Drill.class和变形后的com.xxx.InvocationHandler.class重新load到JVM中,完结了插桩操作。

以Dubbo为例表达下哪些注入故障和排除故障:

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Dubbo调用的注入过程

  • 服务A调用服务B在Client端的Proxy层做AOP;
  • 起步Agent并且生成2个Drill类invoke方法,抛出一个运维期非常;
  • 字节码变形:在代码第二行以前扩大Drill.invoke();
  • 借使想更换十分类型,改变Drill类即可,换到Sleep 3s
    ClassRedifine后头会重新load到JVM达成故障类型的倒车或许免除。

欣逢的题材

下边包车型客车主意1般很完善的化解了难题,不过随着平台的施用工作线要对不可胜举接口和情势同时开始展览故障演习,那么大家转变的Drill类里面就会有各个:

if method==业务线定义方法

do xxx

与此同时很不难拼接出错并且难以调节和测试,只好把转变的类输出为文件,查看本人写的字节码编写翻译成class文件是还是不是科学,几乎太忧伤了!

怎么消除?

新的框架结构要求化解四个难点:

  • 类隔离的难点:不要污染原生应用软件;
  • 事件的兑现是可编写翻译的;
  • 支撑回到自定义的结果。

下一版本的Agent完毕就爆发了,把所有Agent的类和兑现的效果抽象出来,放到一个自定义的AgentClassLoader里面,字节码注入到指标APP后方可由此反射的主意来调用具体的事件实现。

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类加载模型

  • 在BootstrapClassLoader里面注入Drill类作为通讯类;
  • Agent会接受命令,依据事件类型对InvocationHandler做字节码变形,注入到对象APP;
  • 在对象应用程式调用的时候,调用Drill.invoke(targetJavaClass,targetJavaMethod,
    targetThis,
    args)传递过来多少个参数(目的类、方法、实例、本身参数等);
  • Drill类通过反射的诀窍调用AppClassLoader里面包车型客车实际事件完结,比如BEFORE事件的推行代码,来形成注入后的逻辑执行。

Agent的完整架构

Agent的总体框架结构如图所示:

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  • 支撑不一致的模块的加盟,比如Mock、流量摄像、故障练习等;
  • 支撑QSSO的权限验证;
  • 支撑测试和虚假环境的无费用接入;
  • 支撑电动安插不供给人工参加;
  • 支撑各类故障命令的发表和执行、 超时 、非常以及数额的回来;
  • 帮助办法级其余编写制定以及代码执行流程的编织;
  • 支持在随意的Web容器执行Agent代理。

肆、怎么样行使

动用的利益是很明朗的:

  • 零花费接入,无需申请其余能源;
  • 故障注入解除,无需重启服务;
  • 能提现的棋牌游戏排行,能够提供全体集群的拓扑结构。

可是什么才能科学利用啊?如下图所示:

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采纳方法

步骤一、输入AppCode;

手续二、采用故障方法;

步骤三、内定机器;

步骤四、注入故障。

五、总结

故障演练平台最基本的就是Agent组件——字节码编织框架,这么些框架是纯Java的根据Instrumentation-API的AOP化解方案。它能够便宜研究开发职员对此字节码插桩拆桩操作,能够很简单的贯彻故障演练、流量摄像以及任何的选用模块。

作者:王鹏

根源:Qunar技术沙龙订阅号(ID:QunarTL)

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