手把手教你写一个Java Agent，实现“免费激活”

前言

相信很多人都“免费激活”过 IDEA吧，在IDEA 的vmoptions配置里，加行配置就行： 或者是这样“拖到IDEA窗口中”的形式：

再或者用过一些APM工具，在JVM启动脚本上增加了-javaagent:/path/to/apm-agent.jar，就可以自动进行追踪。再或者用过Arthas之类的JVM诊断工具，这些工具都是通过Java Agent的技术去实现的。**

比如上面说的“免费激活”，其实就是在运行时期修改了验证license的相关代码。JAVA 里 Agent 这么强大的功能，你难道不打算自己亲自写一个试试吗？

基础知识

Java Agent 算是JVM的一个插件，以一个Jar包的形式存在。可以做到在运行时期，修改你的字节码文件，从而达到增强、修改等效果，通过 JVM 提供的 Instrumentation API来实现。

第一个 Java Agent

一个Java Agent，由以下几个组件构成：

• Agent Class – Agent的功能类
• Packaging – 在MANIFEST.MF文件中定义Agent Class的位置和方式
• “装载点”，比如-javaagent:<jarfile>[=arguments]，指定加载的agent.jar文件

废话不多说，下面正式开始编写这个Agent

1. 创建Agent Class

首先要创建一个Agent Class，这个Class作为我们Agent插件的入口类。配置好-javaagent后，JVM在启动时会执行我们Agent Class的premain方法

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class Agent {
  public static void premain(String args, Instrumentation instrumentation){
    ClassLoggerTransformer transformer = new ClassLoggerTransformer();
    instrumentation.addTransformer(transformer);
  }
}

代码100分

在premain方法中，除了args参数，还有一个instrumentation对象。这个是Java Agent的核心对象，通过该对象可以注册ClassFileTransformer。

**ClassFileTransformer **就是负责字节码转换的核心接口了，已注册的ClassFileTransformer可以拦截JVM中所有类的加载，并且可以获取到已加载类的字节码，来看一下这个接口的源码：

代码100分public interface ClassFileTransformer {
    byte[]
    transform(  ClassLoader         loader,
                String              className,//className，全类名（包括路径，"/"分割）
                Class<?>            classBeingRedefined,//类定义转换时的Class对象，初始加载时为空
                ProtectionDomain    protectionDomain,//protection...
                byte[]              classfileBuffer)//加载的Class字节码数据
        throws IllegalClassFormatException;
}

2. 定义一个Transformer

了解了ClassFileTransformer接口之后，现在来写一个ClassLoggerTransformer实现类。为了简单，这个实现类只有一个功能：将已加载的字节码转储到文件中

public class ClassLoggerTransformer implements ClassFileTransformer {
    
    //返回值是替换的字节码数据
  @Override
  public byte[] transform(ClassLoader loader,
                          String className,
                          Class<?> classBeingRedefined,
                          ProtectionDomain protectionDomain,
                          byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
    try {
      Path path = Paths.get("classes/" + className + ".class");
      //将字节码数据classfileBuffer，存储到classes目录下，以.class文件作为后缀
      Files.write(path, classfileBuffer); 
    } catch (Throwable ignored) { // ignored, don’t do this at home kids
    } finally { return classfileBuffer; }
  }
}

好了，第一个Agent 的功能代码部分已经完成了，下面需要 Agent 解决入口的配置

3. 构建 agent.jar

现在我们需要将代码构建成一个Jar，并且Jar内的MANIFEST.MF文件中，需要包含Agent Class的配置，最终我们的MANIFEST.MF文件应该是这样：

代码100分Manifest-Version: 1.0
Premain-Class: com.github.kongwu.agentsamples.firstagent.Agent//Agent Class的全类名
Can-Redefine-Classes: true //允许重新定义
Can-Retransform-Classes: true //允许运行时转换

通过Maven的构建插件，很容易完成MANIFEST.MF文件的配置：

<plugin>
  <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
  <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
  ...
  <configuration>
    <archive>
      <manifestFile>src/main/resources/META-INF/MANIFEST.MF</manifestFile>
    </archive>
  </configuration>
  ...
</plugin>

只需要在项目的src/main/resources/META-INF/路径下，增加一个MANIFEST.MF的模板，模板文件里按照上面介绍的定义即可，最后mvn clean package就可以构建出我们的agent jar了（默认目录在${projectpath}/target/），这个jar包内会包含我们上面的MANIFEST.MF模板文件

好了，大功告成，我们第一款Agent已经开发完了，下面来测试一下：

## 随便找个项目，或者可执行的jar包

## 默认的启动方式，直接java -jar
java -jar first-app.jar

## 启动时添加我们刚才构建的first-agent.jar
java -javaagent:/path/to/first-agent.jar -jar first-app.jar

增加agent运行后，所有运行时期加载的Class的字节码，就会转储到我们的classes目录下了

如果你是在 IDEA 中运行，也可以在Run/Debug Configurations面板中，add vm options

上面这个例子好像有点过于简单，只是“拦截”了字节码数据进行了转储，并没有进行字节码的修改。其实ClassFileTransformer.transform的返回值，就是我们要替换的数据；只需要在transform方法中返回新的字节码数据，就可以做到增强/替换类了（不过这个增强/替换是有一些限制的，比如不能修改方法签名之类的，本文不做过多介绍）

介绍完了基本的Agent实现，下面来学习一个Agent的实际例子：通过Agent来“免费激活”

通过Agent 实现“免费激活”

前言中提到的，IDEA“免费激活”的工具也是通过Agent实现的，其实基本原理很简单，就是写一个Agent，动态修改验证license的那些代码而已。

比如我们使用一款需要授权许可证的Java 软件，其内部验证许可证的代码是下面这段（伪代码）

public boolean verifyLicense(String encryptedLicense){
	//请求服务器验证许可……
    boolean passed = licenseServer.verifyLicense(encryptedLicense);
    if(!passed){
    	//do sth
    }
    return passed;
}

那么我们只需要通过Agent，动态的来修改这个verifyLicense方法，将验证结果修改为直接通过，就可以绕过这个许可验证机制了，还不用修改原始Jar包

public boolean verifyLicense(String encryptedLicense){
    //修改后，直接返回true
	return true;
}

那么怎么修改这个类方法呢？

有两种方式：

1. 提前解压jar包，反编译那个Class文件，得到Java文件后修改verifyLicense方法后重新编译
2. 在ClassFileTransformer实现中，通过传入的该类字节码数据，使用一些字节码操作工具进行修改

本文例子为了简单，使用第一种方式，提前反编译、修改，再保存重新编译的Class文件到Agent 项目里：

只需要创建一个ClassFileTransformer，进行这个验证许可证Class的替换：

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.lang.instrument.ClassFileTransformer;
import java.lang.instrument.IllegalClassFormatException;
import java.security.ProtectionDomain;

public class HackVerifierClassFileTransformer implements ClassFileTransformer {

    @Override
    public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined, ProtectionDomain protectionDomain, byte[] classfileBuffer) throws IllegalClassFormatException {
        //只替换这个验证的类 - LicenseVerifier
        if(className.equals("com/github/kongwu/agentsamples/firstagent/verifierapp/LicenseVerifier")){
            return loadHackClassBuffer(loader);
        }
        return null;
    }

    private byte[] loadHackClassBuffer(ClassLoader loader) {
        //反编译 -> 修改 -> 重新编译的LicenseVerifier.class 文件，换个后缀防止被JVM自动加载
        try (InputStream input = loader.getResourceAsStream("LicenseVerifier.classdata")){
            int n;
            ByteArrayOutputStream outputBuffer = new ByteArrayOutputStream();
            byte[] buffer = new byte[4096];//4k
            //-1 : end of file
            while (-1 != (n = input.read(buffer))) {
                outputBuffer.write(buffer,0,n);
            }
            return outputBuffer.toByteArray();
        }catch (IOException e){
            System.err.println("load the hackfile failed!");
            return null;
        }
    }
}

然后在Agent Class中，注册这个HackVerifierClassFileTransformer

import java.lang.instrument.Instrumentation;

public class Agent {
  public static void premain(String args, Instrumentation instrumentation){
    HackVerifierClassFileTransformer transformer = new HackVerifierClassFileTransformer();
    instrumentation.addTransformer(transformer);
  }
}

最后只需要像上面那样，配置下MANIFEST.MF的生成，然后构建Agent Jar包，就完成了我们这个“免费激活”的Agent 插件

以后运行该 Java 软件时，只需要增加-javaagent:/path/to/hack-agent.jar，就实现了“免费激活”

## 默认的启动方式，直接java -jar
java -jar verifier-app.jar

## 启动时添加我们刚才构建的agent.jar
java -javaagent:/path/to/hack-agent.jar -jar verifier-app.jar

文中例子完整的代码在github.com/kongwu-/age…，有需要的同学可以自行下载

常用的字节码操作类库

• ASM
• cglib
• javaassist
• ByteBuddy

以上的几个字节码操作类库，最推荐的是ByteBuddy，使用方式上最简单

总结

本文介绍的这个“免费激活”的方式，仅用于学习交流，不要用于一些非法的场景，做一个遵纪守法的好公民，不然会被请去喝茶就不太好了……

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