JVM沙箱容器，一种JVM的非侵入式运行期AOP解决方案
Real - time non-invasive AOP framework container based on JVM

项目简介

JVM-SANDBOX（JVM沙箱容器）实现了一种在不重启、不侵入目标JVM应用的AOP解决方案。

• JVM-SANDBOX的核心特性

  1. 无侵入：目标应用无需重启也无需感知沙箱的存在
  2. 类隔离：沙箱以及沙箱的模块不会和目标应用的类相互干扰
  3. 可插拔：沙箱以及沙箱的模块可以随时加载和卸载，不会在目标应用留下痕迹
  4. 多租户：目标应用可以同时挂载不同租户下的沙箱并独立控制
  5. 高兼容：支持JDK[6,11)

• JVM-SANDBOX常见应用场景

  • 线上故障定位
  • 线上系统流控
  • 线上故障模拟
  • 方法请求录制和结果回放
  • 动态日志打印
  • 安全信息监测和脱敏

  JVM沙箱还能帮助你做很多很多，取决于你的脑洞有多大了。

• 实时无侵入AOP框架

  在常见的AOP框架实现方案中，有静态编织和动态编织两种。

  1. 静态编织：静态编织发生在字节码生成时根据一定框架的规则提前将AOP字节码插入到目标类和方法中，实现AOP；
  2. 动态编织：动态编织则允许在JVM运行过程中完成指定方法的AOP字节码增强.常见的动态编织方案大多采用重命名原有方法，再新建一个同签名的方法来做代理的工作模式来完成AOP的功能(常见的实现方案如CgLib)，但这种方式存在一些应用边界：
     • 侵入性：对被代理的目标类需要进行侵入式改造。比如：在Spring中必须是托管于Spring容器中的Bean
     • 固化性：目标代理方法在启动之后即固化，无法重新对一个已有方法进行AOP增强

  要解决无侵入的特性需要AOP框架具备 在运行时完成目标方法的增强和替换。在JDK的规范中运行期重定义一个类必须准循以下原则

  1. 不允许新增、修改和删除成员变量
  2. 不允许新增和删除方法
  3. 不允许修改方法签名

  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。

核心原理

事件驱动

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。

// BEFORE
try {

   /*
    * do something...
    */

    // RETURN
    return;

} catch (Throwable cause) {
    // THROWS
}

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

类隔离策略

沙箱通过自定义的SandboxClassLoader破坏了双亲委派的约定，实现了和目标应用的类隔离。所以不用担心加载沙箱会引起应用的类污染、冲突。各模块之间类通过ModuleJarClassLoader实现了各自的独立，达到模块之间、模块和沙箱之间、模块和应用之间互不干扰。

类增强策略

沙箱通过在BootstrapClassLoader中埋藏的Spy类完成目标类和沙箱内核的通讯

整体架构

快速安装

• 下载并安装

  # 下载最新版本的JVM-SANDBOX
  wget http://ompc.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/jvm-sandbox/release/sandbox-stable-bin.zip
  
  # 解压
  unzip sandbox-stable-bin.zip

• 挂载目标应用

  # 进入沙箱执行脚本
  cd sandbox/bin
  
  # 目标JVM进程33342
  ./sandbox.sh -p 33342

• 挂载成功后会提示

  ./sandbox.sh -p 33342
             NAMESPACE : default
               VERSION : 1.2.0
                  MODE : ATTACH
           SERVER_ADDR : 0.0.0.0
           SERVER_PORT : 55756
        UNSAFE_SUPPORT : ENABLE
          SANDBOX_HOME : /Users/vlinux/opt/sandbox
     SYSTEM_MODULE_LIB : /Users/vlinux/opt/sandbox/module
       USER_MODULE_LIB : ~/.sandbox-module;
   SYSTEM_PROVIDER_LIB : /Users/vlinux/opt/sandbox/provider
    EVENT_POOL_SUPPORT : DISABLE

• 卸载沙箱

  ./sandbox.sh -p 33342 -S
  jvm-sandbox[default] shutdown finished.

项目背景

2014年GREYS第一版正式发布，一路看着他从无到有，并不断优化强大，感慨羡慕之余，也在想GREYS是不是只能做问题定位。

2015年开始根据GREYS的底层代码完成了人生的第一个字节码增强工具——动态日志。之后又萌生了将其拆解成录制回放、故障模拟等工具的想法。扪心自问，我是想以一人一个团队的力量建立大而全的工具平台，还是做一个底层中台，让每一位技术人员都可以在它的基础上快速的实现业务功能。我选择了后者。

相关文档

• WIKI