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六年打磨,搭建故障演练平台

原标题:去何方系统高可用之法:搭建故障演练平台

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Classloader负担将Class加载到JVM中,並且明确由非常ClassLoader来加载(父优先的品级加运载飞机制)。还会有一个职责就是将Class字节码重新解说为JVM统一供给的格式

小编介绍

Ali妹导读:缩减故障的最佳格局就是让故障平时性的发生。通过不断重复失利进度,持续进级系统的容错和弹性本领。今天,Alibaba把七年来在故障练习领域的创新意识和实施汇浓缩而成的工具进行开源,它正是“ChaosBlade”。即使您想要升高开荒功能,不要紧来打听一下。

1.Classloader类结构解析

王鹏,二零一七年加盟去何方机票职业部,首要从事后端研究开发工作,近日在机票职业部肩负行程单和故障练习平台以及国有服务ES、数据同步中间件等连锁的研究开发职业。

高可用架构是维持服务牢固性的基本。

(1)首要由多少个方法,分别是defineClass,findClass,loadClass,resolveClass
  • <1>defineClass(byte[] , int ,int) 将byte字节流深入分析为JVM能够分辨的Class对象(直接调用那么些格局生成的Class对象还未有resolve,那个resolve将会在这一个目的真正实例化时resolve)

  • <2>findClass,通过类名去加载对应的Class对象。当大家落实自定义的classLoader平时是重写那么些方法,依照传入的类名找到对应字节码的文书,并经过调用defineClass深入分析出Class独享

  • <3>loadClass运维时得以透过调用此措施加载贰个类(由于类是动态加载进jvm,用有些加载多少的?)

  • <4>resolveClass手动调用那个使得被加到JVM的类被链接(分析resolve这些类?)

去哪个地方网二〇〇六年创建于今,随着系统规模的稳步扩大,已经有无数个利用系统,那些系列之间的耦合度和链路的复杂度不断加强,对于大家营造布满式高可用的系统架构具备相当的大挑战。大家供给三个阳台在运营期自动注入故障,查证故障预案是或不是起效——故障演习平台。

阿里Baba(Alibaba)在海量网络服务以及每年双11场景的实行进度中,沉淀出了包含全链路压测、线上流量管理调整、故障演习等高可用大旨技能,并通过开源和云上服务的花样对外出口,以扶植公司顾客和开辟者享受Alibaba的技艺红利,提升开采功用,减弱工作的创设流程。

(2)达成自定义ClassLoader平常会继续U翼虎LClassLoader类,因为那几个类达成了超越58%办法。

一、背景

譬喻说,借助Ali云品质测量检验 PTS,高效能创设全链路压测连串,通过开源组件 Sentinel 达成限流和贬低成效。这一回,经历了 6 年岁月的精耕细作和推行,累计在线上举办演习场景达数万次,我们将阿里巴巴(Alibaba)在故障演练领域的新意和实行,浓缩成二个混沌工程工具,并将其开源,命名为ChaosBlade。

2.ClassLoader的等第加运载飞机制

那是某职业部的系统拓扑图:

ChaosBlade 是什么?

ChaosBlade 是一款遵守混沌工程实施原理,提供丰裕故障场景达成,援助分布式系统升高容错性和可复苏性的无知工程工具,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 v2.0 开源公约,近期有 chaosblade 和 chaosblade-exe-jvm 几个货仓。

chaosblade 满含 CLI 和平运动用 Golang 落成的底蕴能源、容器相关的无知实验施行实行模块。chaosblade-exe-jvm 是对运作在 JVM 上的采用施行混沌实验的实践器。

ChaosBlade 社区一而再还有大概会加多 C++、Node.js 等另外语言的无知实验推行器。

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(1)JVM平台提供三层的ClassLoader,那三层ClassLoader能够分为两类,分别是劳务JVM本身的,和劳务广大普通类的。分别是:
  • <1>BootstrapClassLoader:首要加载JVM自个儿专门的学问所急需的类,该ClassLoader未有父类加载器和子类加载器

  • <2>ExtClassLoader:那一个类加载器一样是JVM本人的一片段,然并不是由JVM达成,首要用来加载System.getProperty(“java.ext.dirs”)目录地下的类,如本机的值“D:javajdk7jrelibext;C:WindowsSunJavalibext”

  • <3>AppClassLoader:加载System.getProperty("java.class.path")(注意了在ide中运作程序时,该值日常是该类型的classes文件夹)中的类。全体的自定义类加载器不管直接促成ClassLoader,是一连自ULANDLClassLoader或其子类,其父加载器(注意:父加载器与父类的分级)都以AppClassLoader,因为随意调用哪个父类的构造器,最后都将调用getSystemClassLoader作为父加载器,而该办法再次来到的正是AppClassLoader。(当应用程序中平昔不其他自定义的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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为啥要开源?

相当多供销合作社曾经起来关切并追究混沌工程,渐渐成为测量试验系统高可用,创设对系统音信不得缺失的工具。但混沌工程领域最近还地处一个极快造成的品级,最棒实行和工具框架未有统一规范。奉行混沌工程或许会带来一些地下的作业危害,经验和工具的短缺也将特别阻止 DevOps 人士施行混沌工程。

混沌工程领域前段时间也会有成都百货上千完美的开源工具,分别覆盖某些世界,但这个工具的应用办法差别,当中有些工具上手难度大,学习成本高,混沌实验技能单一,使许几个人对混沌工程领域缩手缩脚。

Alibaba公司在混沌工程领域曾经施行多年,将混沌实验工具 ChaosBlade 开源指标,大家希望:

  • 让更四人领悟并到场到混沌工程领域;
  • 缩水创设混沌工程的门路;
  • 並且依附社区的力量,完善更加多的无知实验现象,共同推动混沌工程领域的腾飞。
(2)Jvm加载class文件到内全数二种办法,隐式加载和显示加载,平时那三种艺术是犬牙相错使用的
  • <1>隐式加载:是由此JVM来自动加载须要的类到内部存款和储蓄器的措施,当有些类被运用时,JVM开掘此类不在内部存款和储蓄器中,那么它就能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,自身达成的ClassLoader的findClass方法

系统里面包车型客车依赖特别复杂、调用链路很深、服务中间未有分支。在这种复杂的信赖下,系统发生了几起故障:

ChaosBlade 能缓慢解决哪些难题?

度量微服务的容错技术

因而模拟调用延迟、服务不可用、机器财富满载等,查看产生故障的节点或实例是还是不是被电动隔绝、下线,流量调整是还是不是正确,预案是或不是行得通,同不常间观望系统一整合体的 QPS 或 RT 是不是受影响。在此基础上得以缓慢扩展故障节点范围,验证上游服务限流降级、熔断等是或不是行得通。最后故障节点增添到需要服务超时,臆度系统容错红线,衡量系统容错技艺。

证实容器编排配置是不是创造

由此模拟杀服务 Pod、杀节点、增大 Pod 能源负载,观察系统服务可用性,验证别本配置、能源限制配置以及 Pod 下安排的容器是不是站得住。

测验 PaaS 层是还是不是结实

经过模拟上层能源负载,验证调治系统的有效;模拟信任的布满式存款和储蓄不可用,验证系统的容错技巧;模拟调解节点不可用,测量检验调治职务是或不是自动迁移到可用节点;模拟主备节点故障,测量检验主备切换是还是不是正规。

证实监察和控制告警的时效性

经过对系统注入故障,验香港证肆股票交易监督委员会察和控制指标是还是不是标准,监察和控制维度是还是不是周全,告警阈值是还是不是创设,告警是不是急迅,告警接收人是还是不是正确,通告门路是还是不是可用等,提高监督检查告警的标准和时效性。

定点与减轻难题的应急力量

通过故障突袭,随机对系统注入故障,侦察相关人口对标题标应急技术,以及难点反馈、处理流程是不是创立,达到以战养战,操练人牢固与消除难点的工夫。

(3)上级委托机制:当贰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,若父加载器不可能加载,则由该加载器加载
  • 弱信任挂掉,主流程挂掉,修改报废凭证的支出情状,下单主流程失败;
  • 着力服务调用量陡增,某服务超时引起相关联的兼具服务“雪崩”;
  • 机房互联网可能某个机器挂掉,不能够提供基本服务。

功能和特点

现象充足度高

ChaosBlade 协理的鸠拙实验现象不止覆盖基础能源,如 CPU 满载、磁盘 IO 高、互联网延迟等,还包涵运营在 JVM 上的利用试验现象,如 Dubbo 调用超时和调用万分、钦点方法延迟或抛分外以及再次回到特定值等,同一时间涉嫌容器相关的实验,如杀容器、杀 Pod。后续会随处的加码实施现象。

应用轻松,易于领会

ChaosBlade 通过 CLI 情势试行,具有温馨的一声令下提醒意义,能够简简单单火速的右边手使用。命令的书写遵守阿里Baba(Alibaba)公司内多年故障测量试验和练习施行抽象出的故障注入模型,等级次序显然,易于阅读和清楚,裁减了混沌工程推行的妙法。

现象扩大方便

负有的 ChaosBlade 实验推行器同样服从上述提到的故障注入模型,使实验现象模型统一,便于开辟和保证。模型本身老妪能解,学习费用低,能够依附模型方便急忙的强大越多的无知实验现象。

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3.怎样加载class文件:

分为四个步骤 加载字节码到内部存储器、Linking、类字节开始化赋值

多个故障原因:

ChaosBlade 的演进史

EOS(2012-2015):故障练习平台的早期版本,故障注入才能通过字节码加强格局贯彻,模拟常见的 RPC 故障,化解微服务的强弱正视治理难题。

MonkeyKing(2016-2018):故障演习平台的升迁版本,丰硕了故障场景(如:能源、容器层场景),早先在生产蒙受开展局地规模化的排练。

AHAS(2018.9-至今):Ali云应用高可用服务,内置练习平台的全部作用,支持可编写制定演习、演习插件扩充等技巧,并组成了架构感知和限流降级的作用。

ChaosBlade:是 MonkeyKing 平台底层故障注入的达成工具,通过对演习平台底层的故障注入技巧开展抽象,定义了一套故障模型。合营客户自个儿的 CLI 工具进行开源,援救云原生客户展开混沌工程测量检验。

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(1)加载字节码到内部存款和储蓄器:(这一步平时通过findclass()方法完成)

以UCR-VLClassLoader为例:该类的构造函数返现必须拟订三个U卡宴L数据技术创设该对象,该类中包蕴一个U福特ExplorerLClassPath对象,U酷威LClassPath会决断传过来的U牧马人L是文件或许Jar包,制造相应的FileLoader大概JarLoader可能默许加载器,当jvm调用findclass时,这个加载器将class文件的字节码加载到内部存款和储蓄器中

  • 系统强弱正视混乱、弱注重无降级;
  • 系统流量剧增,系统体量不足,没有限流熔断机制;
  • 硬件财富网络出现难题影响系统运营,未有高可用的网络架构。

近些日子布置

作用迭代:

  • 增加 JVM 练习场景,辅助越来越多的 Java 主流框架,如 Redis,GRPC
  • 升高 Kubernetes 演练场景
  • 充实对 C++、Node.js 等使用的帮助
(2)Linking:验证与深入分析,包涵3步:
  • <1>字节码验证

  • <2>类希图:希图代表每一个类中定义的字段、方法和促成接口所需的数据结构

  • <3>深入分析:这一个阶段类装入器转入类所运用的别的类

一应俱全的难点,在这种复杂的凭借结构下被放大,叁个依据三二十一个SOA服务的体系,每个服务99.99%可用。99.99%的贰十七回方≈99.7%。0.3%代表一亿次呼吁会有3,000,00次停业,换算成时间大致每月有2个钟头服务不平稳。随着服务注重数量的变多,服务不平静的可能率会呈指数性进步,那个标题最后都会转化为故障表现出来。

社区一起建设:

招待访问 ChaosBlade@GitHub,加入社区一同创建,包蕴但不防止:

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

正文作者:中亭

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正文来源云栖社区同盟朋侪“ Ali技艺”,如需转发请联系原文者。

(3)开始化class对象,实施静态最早化器并在那阶段末尾最初化静态字段为暗许值

二、系统高可用的方法论

4.科学普及加载类错误分析

何以营造一个高可用的系统吧?首先要解析一下不可用的元素都有何:

(1)ClassNotFoundException:

普通是jvm要加载四个文件的字节码到内部存款和储蓄器时,未有找到那么些字节码(如forName,loadClass等艺术)

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(2)NoClassDefFoundError:

日常性是运用new关键字,属性援用了有个别类,承接了有个别类或接口,但JVM加载那些类时发掘那一个类不设有的那多少个

高可用系统独立实践

(3)UnsatisfiedLinkErrpr:

如native的艺术找不到本机的lib

理论上的话,当图中具备的事情都做完,大家就足以感觉系统是三个真的的高可用系统。但真是那样呢?

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

这就是说故障练习平台就吉庆进场了。当上述的高可用实施都做完,利用故障演练平台做三回真正的故障演习,在系统运维期动态地流入一些故障,进而来证实下系统是或不是听从故障预案去实践相应的降级或然熔断战术。

(1)AppClassLoader:

加载jvm的classpath中的类和tomcat的大旨类

三、故障演习平台

(2)StandardClassLoader:

加载tomcat容器的classLoader,其它webAppClassLoader在loadclass时,发掘类不在JVM的classPath下,在PackageTriggers(是二个字符串数组,包括一组不能选拔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并未覆盖loadclass方法,所以其加载的类和AppClassLoader加载没什么分别,况且选拔getClassLoader再次回到的也是AppClassLoader)(别的,假诺web应用间接放在tomcat的webapp目录下该行使就能通过StandardClassLoader加载,测度是因为webapp目录在PackageTriggers中?)

故障演习平台:查验故障预案是不是真的的起成效的阳台。

(3)webAppClassLoader如:

Servlet等web应用中的类的加载(loadclass方法的准则详见P169)

故障类型:根本包涵运营期非凡、超时等等。通过对系统某个服务动态地流入运转期至极来完毕模拟故障的指标,系统根据预案实行相应的政策验证系统是或不是是真正的高可用。

6.自定义的classloader

1、故障演习平台的全部架构

(1)供给利用自定义classloader的情况
  • <1>不在System.getProperty("java.class.path")中的类公事不能被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

  • <2>对加载的某个类须要作特别管理

  • <3>定义类的实际效果机制,对已经修改的类重新加载,完结热计划

故障练习平台架构主要分为四片段:

(2)加载自定义路线中的class文件
  • <1>加载特定来源的少数类: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类并赶回(应该适合jvm的类加载标准,其余类仍使用父加载器加载)

  • <2>加载自顶二个是的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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7.达成类的热布置:

  • (1)同三个classLoader的多个实例加载同一个类,JVM也会识别为三个

  • (2)不能够重新加载同八个类(全名同样,并运用同二个类加载器),会报错

  • (3)不应当动态加载类,因为对象呗援用后,对象的习性结构被修改会掀起难题

细心:使用分裂classLoader加载的同叁个类公事获得的类,JVM将用作是三个分化类,使用单例形式,强制类型调换时都恐怕因为这几个原因出难题。

  • 前台浮现系统(WEB):来得系统里面包车型的士拓扑关系以及各样AppCode对应的集群和办法,能够选用具体的秘籍开展故障的注入和平解决除;
  • 文告系统(Deploy):这一个种类入眼用来将故障演习平台的Agent和Binder包宣布到目的APP的机器上同期运营施行。前台呈现系统会传递给发表平台要实行故障注入的AppCode以及目的应用程式的IP地址,通过那三个参数公布系统能够找到相应的机器进行Jar包的下载和运行;
  • 服务和指令分发系统(Server):本条种类入眼是用于命令的分发、注入故障的情形记录、故障注入和平消除除操作的逻辑、权限校验以及相关的Agent的回到新闻接收效果。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,防守危机。后端命令分发的模块会和配备在指标应用程式上的Agent进行通讯,将下令推送到Agent上实行字节码编织,Agent实践命令后回来的源委通过Server和Agent的长连接传回Server端;
  • Agent和Binder程序:Agent担任对目的应用软件做代办何况做字节码加强,具体代理的诀要能够由此传输的通令来调整,代理方法后对章程做动态的字节码加强,这种字节码巩固全数无侵入、实时生效、动态可插拔的特点。Binder程序重借使透过宣布种类传递过来的AppCode和开发银行端口(ServerPort)找到对象APP的JVM进度,之后实施动态绑定,达成运营期代码巩固的遵守。

原书链接

上述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。《深入分析JavaWeb本领内部原因》

2、 Agent整体架构

现阶段AOP的贯彻有三种艺术:

  • 静态编织:静态编织爆发在字节码生成时依据早晚框架的平整提前将AOP字节码插入到指标类和方法中;
  • 动态编织:在JVM运维期对钦命的法子成功AOP字节码增强。常见的办法大好多行使重命名原有办法,再新建一个同名方法做代办的行事格局来实现。

静态编织的主题素材是只要想改变字节码必需重启,那给支付和测量检验进程导致了十分的大的孤苦。动态的不二诀窍尽管能够在运维期注入字节码完结动态增进,但未有统一的API很轻便操作不当。基于此,大家运用动态编织的点子、标准的API来规范字节码的变化——Agent组件。

Agent组件:通过JDK所提供的Instrumentation-API达成了利用HotSwap本领在不重启JVM的动静下促成对专断方法的增加,无论大家是做故障练习、调用链追踪(QTrace)、流量录像平台(Ares)以及动态扩充日志输出BTrace,都必要一个富有无侵入、实时生效、动态可插拔的字节码加强组件。

Agent的平地风波模型

如图所示,事件模型首要可分为三类事件:

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BEFORE在措施实行前事件、THROWS抛出非常事件、RETU昂CoraN再次回到事件。这三类事件可以在章程试行前、再次回到和抛出非常这两种状态做字节码编织。

平日来讲代码:

// BEFORE

try {

/*

* do something...

*/

foo();

// RETURN

return;

} catch (Throwable e) {

// THROWS

}

事件模型能够成功多个功能:

  • 在方法体推行在此以前平素再次回到自定义结果对象,原有办法代码将不会被试行;
  • 在方法体重回此前再一次组织新的结果对象,以至足以变动为抛出特别;
  • 在方法体抛出非常之后再行抛出新的极其,以致足以改换为不奇怪重返。

Agent怎么样制止“类污染”

在付出Agent的时候,第三个利用是故障练习平台,那么这一年实在大家并没有供给Agent实行的长河中有自定义结果对象的归来,所以首先个本子的Agent接纳硬编码的艺术打开动态织入:

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故障类加载模型

第一介绍下多少个类加载器:

  • BootstrapClassLoader指点类加载器加载的是JVM本人要求的类,这一个类加载使用C++语言达成的,是虚构机本身的一部分;
  • ExtClassLoader它担任加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下或许由系统变量-Djava.ext.dir钦赐位路线中的类库;
  • AppClassLoader它承担加载系统类路线java-classpath或-D java.class.path钦点路径下的类库,相当于大家平日利用的classpath路径;
  • CommonClassLoader以及上面的都是汤姆cat定义的ClassLoader。

Agent和有关的lib会放到AppClassLoader这一层去加载,利用Javasist做字节码的织入,所以Javasist的加载器正是AppClassLoader。

不过想改换的是汤姆cat WebClassLoader所加载的com.xxx.InvocationHandler那几个类的Invoke方法,区别的ClassLoader之间的类是无法相互拜候的,做字节码的转变并无需这几个类的实例,也不须要回到结果,所以能够经过Instrument API得到那一个类加载器,并且可以依照类名称获取到那些类的字节码实行字节码转变。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为例表明下什么注入故障和排除故障:

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Dubbo调用的注入进度

  • 服务A调用服务B在Client端的Proxy层做AOP;
  • 起步Agent並且生成三个Drill类invoke方法,抛出二个运转期格外;
  • 字节码变形:在代码第一行在此之前扩展Drill.invoke();
  • 如果想更动非常类型,改动Drill类就可以,换到Sleep 3s ClassRedifine之后会重新load到JVM完结故障类型的转向大概解除。

欣逢的难题

上边包车型大巴措施常常很周到的缓和了难题,不过随着平台的使用工作线要对广大接口和方式同一时间张开故障演习,那么大家转移的Drill类里面就能够有种种:

if method==业务线定义方法

do xxx

再者很轻易拼接出错并且难以调节和测量试验,只好把变化的类输出为文件,查看自个儿写的字节码编写翻译成class文件是不是科学,几乎太忧伤了!

怎么化解?

新的架构须求化解多个难题:

  • 类隔绝的标题:不要污染原生APP;
  • 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完结就生出了,把具有Agent的类和促成的功效抽象出来,放到三个自定义的AgentClassLoader里面,字节码注入到对象应用软件后能够经过反射的艺术来调用具体的风浪达成。

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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,依照事件类型对InvocationHandler做字节码变形,注入到目的电脑软件;
  • 在对象应用软件调用的时候,调用Drill.invoke(targetJavaClass,targetJavaMethod, targetThis, args)传递过来几个参数(指标类、方法、实例、本神草数等);
  • Drill类通过反射的措施调用AppClassLoader里面包车型大巴有血有肉事件达成,比方BEFORE事件的执行代码,来成功注入后的逻辑施行。

Agent的总体框架结构

Agent的完整架构如图所示:

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  • 补助区别的模块的参预,比如Mock、流量摄像、故障练习等;
  • 援助QSSO的权位验证;
  • 帮忙测量试验和虚伪遭受的无资金接入;
  • 支撑自动安顿无需人工加入;
  • 支撑各样故障命令的公布和实行、 超时 、相当以及数据的回到;
  • 支撑办法品级的编织以及代码执行流程的编写制定;
  • 支撑在随机的Web容器实践Agent代理。

四、怎么着运用

运用的裨益是很明朗的:

  • 零花费接入,不必要申请其余财富;
  • 故障注入解除,不须要重启服务;
  • 能够提供具备集群的拓扑结构。

而是怎么技艺正确采用啊?如下图所示:

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利用格局

步骤一、输入AppCode;

手续二、接纳故障方法;

步骤三、钦赐机器;

步骤四、注入故障。

五、总结

故障练习平台最宗旨的就是Agent组件——字节码编织框架,这几个框架是纯Java的根据Instrumentation-API的AOP实施方案。它能够一本万利研究开发职员对此字节码插桩拆桩操作,能够很轻便的贯彻故障演习、流量录像以及其余的施用模块。

作者:王鹏

出自:Qunar才干沙龙订阅号(ID:QunarTL)

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