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六年打磨!阿里开源混沌工程工具 ChaosBlade

来源:http://www.savourminto.com 作者:4858美高梅 时间:2019-10-03 22:26

原标题:去什么地方系统高可用之法:搭建故障演习平台

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Classloader负担将Class加载到JVM中,并且规定由特别ClassLoader来加载(父优先的阶段加载机制)。还应该有多个任务正是将Class字节码重新讲明为JVM统一供给的格式

小编介绍

Ali妹导读:调整和收缩故障的最棒办法正是让故障平日性的发出。通过不断重复战败进度,持续升高系统的容错和弹性技能。今天,阿里Baba(Alibaba)把两年来在故障演习领域的创新意识和实行汇浓缩而成的工具进行开源,它便是“ChaosBlade”。假诺您想要提高开拓作用,不要紧来打听一下。

1.Classloader类结构分析

王鹏,二零一七年步入去哪儿机票职业部,重要从事后端研究开发职业,近期在机票工作部肩负行程单和故障演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事业。

高可用框架结构是保险服务稳固性的核心。

(1)主要由八个点子,分别是defineClass,findClass,loadClass,resolveClass
  • <1>defineClass(byte[] , int ,int) 将byte字节流深入分析为JVM能够辨识的Class对象(间接调用那几个措施生成的Class对象还尚无resolve,这一个resolve将会在那些目的真正实例化时resolve)

  • <2>findClass,通过类名去加载对应的Class对象。当大家实现自定义的classLoader平常是重写那个措施,依据传入的类名找到对应字节码的文本,并透过调用defineClass深入分析出Class独享

  • <3>loadClass运维时得以由此调用此情势加载一个类(由于类是动态加载进jvm,用略带加载多少的?)

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

去何方网二〇〇五年树立于今,随着系统规模的逐步扩张,已经有成都百货上千个应用类别,那几个系统里面包车型大巴耦合度和链路的复杂度不断坚实,对于我们营造布满式高可用的种类架构具备巨大挑战。大家供给一个阳台在运维期自动注入故障,查证故障预案是或不是起效——故障演习平台。

Alibaba在海量网络服务以及每年双11景色的实践进程中,沉淀出了席卷全链路压测、线上流量管理调节、故障练习等高可用核心本事,并通过开源和云上服务的花样对外出口,以帮扶集团客户和开拓者享受Alibaba的技巧红利,升高成本功用,减弱专门的工作的创设流程。

(2)完结自定义ClassLoader经常会继续U奥迪Q5LClassLoader类,因为这么些类完结了绝大许多情势。

一、背景

例如,借助Ali云性能测量试验 PTS,高作用营造全链路压测连串,通过开源组件 Sentinel 达成限流和贬低功效。那一遍,经历了 6 年日子的精耕细作和实践,累计在线上实践练习场景达数万次,我们将阿里Baba(Alibaba)在故障演习领域的新意和推行,浓缩成二个混沌工程工具,并将其开源,命名叫ChaosBlade。

2.ClassLoader的等第加运载飞机制

那是某职业部的类别拓扑图:

ChaosBlade 是什么?

ChaosBlade 是一款遵守混沌工程推行原理,提供丰盛故障场景完结,帮助布满式系统提高容错性和可恢复生机性的古板工程工具,可完毕底层故障的流入,特点是操作轻易、无侵入、扩张性强。

ChaosBlade 基于 Apache License v2.0 开源合同,方今有 chaosblade 和 chaosblade-exe-jvm 四个仓库。

chaosblade 包含 CLI 和采用 Golang 达成的底子财富、容器相关的无知实验施行施行模块。chaosblade-exe-jvm 是对运转在 JVM 上的应用施行混沌实验的实践器。

ChaosBlade 社区持续还也许会增加 C 、Node.js 等别的语言的愚蠢实验实施器。

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(1)JVM平台提供三层的ClassLoader,那三层ClassLoader能够分成两类,分别是劳务JVM本人的,和劳动相近普通类的。分别是:
  • <1>BootstrapClassLoader:首要加载JVM本身专门的学业所急需的类,该ClassLoader没有父类加载器和子类加载器

  • <2>ExtClassLoader:那么些类加载器同样是JVM本人的一某个,然并不是由JVM完毕,首要用以加载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中运营程序时,该值常常是该项指标classes文件夹)中的类。全数的自定义类加载器不管直接完成ClassLoader,是一而再自UHavalLClassLoader或其子类,其父加载器(注意:父加载器与父类的分别)都是AppClassLoader,因为不论是调用哪个父类的构造器,最后都将调用getSystemClassLoader作为父加载器,而该办法再次回到的难为AppClassLoader。(当应用程序中从不别的自定义的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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为何要开源?

重重供销合作社曾经起来关切并研究混沌工程,慢慢成为测量检验系统高可用,创设对系统新闻不得缺失的工具。但混沌工程领域近些日子还地处七个神速形成的等第,最佳施行和工具框架未有统一规范。实践混沌工程恐怕会带来一些隐衷的事情危机,经验和工具的缺少也将更为阻止 DevOps 职员执行混沌工程。

混沌工程领域前段时间也是有多数大好的开源工具,分别覆盖有个别圈子,但那几个工具的应用方法差别,当中多少工具上手难度大,学习花费高,混沌实验技巧单一,使很三个人对混沌工程领域踌躇不前。

阿里Baba(Alibaba)公司在混沌工程领域曾经实施多年,将混沌实验工具 ChaosBlade 开源目标,我们意在:

  • 让更加多人精通并参与到混沌工程领域;
  • 缩编辑创作设混沌工程的门路;
  • 而且依据社区的力量,完善更加多的无知实验现象,共同推进混沌工程领域的升华。
(2)Jvm加载class文件到内装有二种方式,隐式加载和显示加载,平时那二种方法是混合使用的
  • <1>隐式加载:是通过JVM来自动加载要求的类到内部存款和储蓄器的办法,当某些类被利用时,JVM发掘此类不在内部存储器中,那么它就能够自动加载该类到内部存款和储蓄器

  • <2>突显加载:通过调用this.getClasss.getClassLoader.loadClass(),Class.forName,本人落成的ClassLoader的findClass方法

系统里面包车型地铁借助特别复杂、调用链路很深、服务时期未有分支。在这种复杂的依附下,系统发生了几起故障:

ChaosBlade 能解决什么难题?

权衡微服务的容错工夫

因而模拟调用延迟、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不是被电动隔绝、下线,流量调治是还是不是准确,预案是不是行得通,同临时候观望系统一体化的 QPS 或 RT 是还是不是受影响。在此基础上能够减缓扩展故障节点范围,验证上游服务限流降级、熔断等是或不是可行。最后故障节点扩大到诉求服务超时,揣测系统容错红线,衡量系统容错本领。

表明容器编排配置是还是不是合理

因而模拟杀服务 Pod、杀节点、增大 Pod 能源负载,观看系统服务可用性,验证别本配置、财富限制配置以及 Pod 下陈设的器皿是还是不是合理。

测验 PaaS 层是还是不是健康

通过模拟上层财富负载,验证调治连串的得力;模拟依赖的布满式存款和储蓄不可用,验证系统的容错技术;模拟调治节点不可用,测验调整任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,测验主备切换是还是不是正规。

表达监察和控制告警的时效性

通过对系统注入故障,验证监察和控制指标是还是不是确切,监察和控制维度是或不是健全,告警阈值是或不是站得住,告警是或不是快速,告警接收人是还是不是科学,布告路子是不是可用等,提高监督检查告警的标准和时效性。

定位与减轻难点的应急力量

透过故障突袭,随机对系统注入故障,考查相关人士对标题标应急技艺,以及难题上报、管理流程是或不是创立,达到以战养战,训练人牢固与消除难题的技术。

(3)上级委托机制:当一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,若父加载器不能加载,则由该加载器加载
  • 弱重视挂掉,主流程挂掉,修改报废凭证的支付情形,下单主流程失利;
  • 主干服务调用量陡增,某服务超时引起相关联的享有服务“雪崩”;
  • 机房网络也许某个机器挂掉,不可能提供基本服务。

效果和特色

场合丰盛度高

ChaosBlade 援救的愚笨实验现象不唯有覆盖基础财富,如 CPU 满载、磁盘 IO 高、网络延迟等,还满含运营在 JVM 上的选拔试验现象,如 Dubbo 调用超时和调用极度、内定方法延迟或抛分外以及重回特定值等,同期提到容器相关的尝试,如杀容器、杀 Pod。后续会随处的充实实践现象。

利用轻便,易于掌握

ChaosBlade 通过 CLI 方式实行,具备本身的指令提醒意义,能够大概飞速的侧边使用。命令的书写遵从阿里巴巴(Alibaba)公司内多年故障测量检验和练习实践抽象出的故障注入模型,档期的顺序明显,易于阅读和领会,减弱了混沌工程推行的妙方。

意况扩大方便

不无的 ChaosBlade 实验执行器一样遵守上述提到的故障注入模型,使实验现象模型统一,便于开辟和护卫。模型本人老妪能解,学习花费低,能够根据模型方便神速的扩充越多的鸠拙实验现象。

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3.哪些加载class文件:

分成多个步骤 加载字节码到内存、Linking、类字节开始化赋值

多少个故障原因:

ChaosBlade 的演进史

EOS(2012-2015):故障演习平台的早期版本,故障注入本事通过字节码巩固形式贯彻,模拟常见的 RPC 故障,化解微服务的强弱注重治理难点。

MonkeyKing(2016-2018):故障演习平台的提拔版本,丰富了故障场景(如:财富、容器层场景),开首在生育情状举行部分规模化的彩排。

AHAS(2018.9-至今):Ali云应用高可用服务,内置练习平台的整套职能,援救可编写制定演习、练习插件扩充等技巧,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兑现工具,通过对演习平台底层的故障注入技能开展抽象,定义了一套故障模型。合作客户本身的 CLI 工具实行开源,帮忙云原生客商打开混沌工程测试。

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

以U中华VLClassLoader为例:该类的构造函数返现必得制订三个USportageL数据手艺成立该目的,该类中包蕴叁个U奥迪Q5LClassPath对象,U大切诺基LClassPath会剖断传过来的U酷路泽L是文本或许Jar包,创制相应的FileLoader可能JarLoader只怕暗中同意加载器,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、弱信任无降级;
  • 系统流量剧增,系统体积不足,未有限流熔断机制;
  • 硬件财富网络出现难题影响系统运维,未有高可用的网络架构。

如今安顿

功用迭代:

  • 进步 JVM 练习场景,协助更加多的 Java 主流框架,如 Redis,GRPC
  • 加强 Kubernetes 演练场景
  • 扩充对 C 、Node.js 等接纳的支撑
(2)Linking:验证与剖判,包括3步:
  • <1>字节码验证

  • <2>类计划:希图代表各样类中定义的字段、方法和落到实处接口所需的数据结构

  • <3>剖析:这几个品级类装入器转入类所选取的任何类

精彩纷呈的难点,在这种复杂的借助结构下被放大,贰个借助贰拾四个SOA服务的系统,每一种服务99.99%可用。99.99%的贰拾陆次方≈99.7%。0.3%表示一亿次呼吁会有3,000,00次停业,换算成时间大概每月有2个钟头服务不安宁。随着服务依赖数量的变多,服务不平稳的票房价值会呈指数性升高,那么些主题素材最后都会转化为故障表现出来。

社区一同创建:

招待访问 ChaosBlade@GitHub,插足社区一同创建,满含但不压迫:

  • 架构划虚构计
  • 模块设计
  • 代码达成
  • Bug Fix
  • Demo样例
  • 文书档案、网址和翻译

正文小编:中亭

阅读原来的文章

正文来源云栖社区合营同伴“ Ali技能”,如需转发请联系原来的文章者。

(3)开头化class对象,推行静态最初化器并在那阶段末尾初叶化静态字段为暗中认可值

二、系统高可用的方法论

4.大范围加载类错误深入分析

哪些创设三个高可用的系列啊?首先要深入分析一下不可用的成分都有何:

(1)ClassNotFoundException:

日常是jvm要加载八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等措施)

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(2)NoClassDefFoundError:

常见是利用new关键字,属性引用了有些类,承袭了有个别类或接口,但JVM加载这么些类时发掘那么些类不设有的不行

高可用系统独立施行

(3)UnsatisfiedLinkErrpr:

如native的法子找不到本机的lib

辩白上来讲,当图中负有的事体都做完,大家就能够认为系统是贰个真的的高可用系统。但就是如此呢?

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

这便是说故障演习平台就震耳欲聋上台了。当上述的高可用实行都做完,利用故障演习平台做叁次真正的故障演练,在系统运营期动态地流入一些故障,进而来证实下系统是或不是坚守故障预案去推行相应的降级只怕熔断计策。

(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,别的webAppClassLoader在loadclass时,开掘类不在JVM的classPath下,在PackageTriggers(是叁个字符串数组,饱含一组不可能接纳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并未有覆盖loadclass方法,所以其加载的类和AppClassLoader加载没什么分别,何况选拔getClassLoader再次回到的也是AppClassLoader)(另外,若是web应用直接放在tomcat的webapp目录下该选用就能经过StandardClassLoader加载,推测是因为webapp目录在PackageTriggers中?)

故障练习平台:考察故障预案是还是不是真的的起作用的阳台。

(3)webAppClassLoader如:

Servlet等web应用中的类的加载(loadclass方法的条条框框详见P169)

故障类型:尤为重要不外乎运转期异常、超时等等。通过对系统有些服务动态地流入运维期十分来到达模拟故障的目标,系统遵照预案试行相应的政策验证系统是还是不是是真正的高可用。

6.自定义的classloader

1、故障演习平台的完全架构

(1)必要动用自定义classloader的动静
  • <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

  • <2>对加载的有些类须要作特别管理

  • <3>定义类的实际效果机制,对已经修改的类重新加载,达成热布置

故障练习平台架构主要分为四部分:

(2)加载自定义路线中的class文件
  • <1>加载特定来源的一点类:重写find方法,使特定类可能特定来源的字节码 通过defineClass得到class类并赶回(应该切合jvm的类加载规范,其余类仍选用父加载器加载)

  • <2>加载自顶三个是的class文件(如通过互联网传播的经过加密的class文件字节码):findclass中加密后再加载

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7.达成类的热铺排:

  • (1)同三个classLoader的八个实例加载同三个类,JVM也会识别为四个

  • (2)不能够重复加载同八个类(全名一样,并选用同三个类加载器),会报错

  • (3)不该动态加载类,因为对象呗援引后,对象的性质结构被改换会抓住难题

留意:使用分化classLoader加载的同三个类公事获得的类,JVM将作为是多少个不一致类,使用单例格局,强制类型转变时都大概因为这一个缘故出难点。

  • 前台体现系统(WEB):展示系统里面包车型客车拓扑关系以及种种AppCode对应的集群和方法,能够挑选具体的艺术开展故障的注入和化解;
  • 公布系统(Deploy):以此种类注重用于将故障演习平台的Agent和Binder包龙图布到对象APP的机器上同不平日间运维实践。前台体现系统会传送给发表平台要实行故障注入的AppCode以及指标APP的IP地址,通过那八个参数发布种类能够找到呼应的机器进行Jar包的下载和运维;
  • 劳动和下令分发系统(Server):以此系统关键是用来命令的分发、注入故障的图景记录、故障注入和消除操作的逻辑、权限校验以及有关的Agent的归来消息接收效果。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,防卫风险。后端命令分发的模块会和布署在对象APP上的Agent举办通讯,将指令推送到Agent上实施字节码编织,Agent实施命令后回来的原委通过Server和Agent的长连接传回Server端;
  • Agent和Binder程序:Agent担当对目的APP做代办而且做字节码加强,具体代理的主意能够通过传输的指令来支配,代理方法后对艺术做动态的字节码巩固,这种字节码加强全数无侵入、实时生效、动态可插拔的风味。Binder程序主假如因此发表连串传递过来的AppCode和起步端口(ServerPort)找到对象应用程式的JVM进度,之后推行动态绑定,完毕运维期代码加强的功能。

原书链接

上述内容只是个人笔记纪录,越多完整内容请购买笔者原书籍查看。《深远分析JavaWeb手艺内部原因》

2、 Agent全部架构

此时此刻AOP的落到实处有二种格局:

  • 静态编织:静态编织发生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办法中;
  • 动态编织:在JVM运维期对钦赐的点子成功AOP字节码巩固。常见的点子大多数利用重命名原有办法,再新建四个同名方法做代理的办事情势来实现。

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过程导致了比一点都不小的艰巨。动态的办法固然能够在运转期注入字节码达成动态拉长,但从不统一的API很轻便操作不当。基于此,大家应用动态编织的秘籍、规范的API来标准字节码的成形——Agent组件。

Agent组件:透过JDK所提供的Instrumentation-API达成了运用HotSwap手艺在不重启JVM的景色下完毕对随便方法的增进,无论大家是做故障练习、调用链跟踪(QTrace)、流量录像平台(Ares)以及动态扩张日志输出BTrace,都亟待二个持有无侵入、实时生效、动态可插拔的字节码加强组件。

Agent的轩然大波模型

如图所示,事件模型首要可分为三类事件:

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BEFORE在章程推行前事件、THROWS抛出极其事件、RETUWranglerN重返事件。那三类事件能够在艺术试行前、重临和抛出卓殊那三种情景做字节码编织。

平时来讲代码:

// BEFORE

try {

/*

* do something...

*/

foo();

// RETURN

return;

} catch (Throwable e) {

// THROWS

}

事件模型可以成功八个功用:

  • 在方法体施行从前一向重回自定义结果对象,原有艺术代码将不会被实行;
  • 在方法体再次来到以前再一次协会新的结果对象,乃至足以变动为抛出非常;
  • 在方法体抛出极度之后再一次抛出新的十二分,以致足以改变为正规重临。

Agent怎样堤防“类污染”

在开拓Agent的时候,第一个利用是故障演习平台,那么这年实在大家并不须要Agent实行的进程中有自定义结果对象的回到,所以率先个本子的Agent采取硬编码的办法实行动态织入:

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故障类加载模型

首先介绍下多少个类加载器:

  • BootstrapClassLoader指导类加载器加载的是JVM本人要求的类,那些类加载使用C 语言实现的,是虚构机本身的一有个别;
  • ExtClassLoader它担负加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下可能由系统变量-Djava.ext.dir钦点位路线中的类库;
  • AppClassLoader它担当加载系统类路线java-classpath或-D java.class.path钦点路径下的类库,也等于我们平常使用的classpath路线;
  • CommonClassLoader以及下面的都以汤姆cat定义的ClassLoader。

Agent和连锁的lib会放到AppClassLoader这一层去加载,利用Javasist做字节码的织入,所以Javasist的加载器就是AppClassLoader。

唯独想改变的是汤姆cat WebClassLoader所加载的com.xxx.InvocationHandler那一个类的Invoke方法,差别的ClassLoader之间的类是无法相互探问的,做字节码的转移并不要求那一个类的实例,也没有须求重临结果,所以能够经过Instrument API得到那些类加载器,并且能够依照类名称获取到那么些类的字节码举办字节码调换。故障类Drill.class和变形后的com.xxx.InvocationHandler.class重新load到JVM中,实现了插桩操作。

以Dubbo为例表明下怎样注入故障和清除故障:

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Dubbo调用的注入进程

  • 服务A调用服务B在Client端的Proxy层做AOP;
  • 启航Agent何况生成几个Drill类invoke方法,抛出多少个运转期相当;
  • 字节码变形:在代码第一行在此之前增添Drill.invoke();
  • 假定想改动极度类型,改换Drill类就可以,换来Sleep 3s ClassRedifine后头会再一次load到JVM完结故障类型的中间转播也许解除。

欣逢的标题

下边包车型大巴点子日常很全面包车型客车缓和了难点,可是随着平台的施用专业线要对广大接口和措施同不平日间开展故障演习,那么我们调换的Drill类里面就能够有各类:

if method==业务线定义方法

do xxx

与此同不常候很轻巧拼接出错而且难以调节和测验,只可以把转换的类输出为文件,查看本人写的字节码编写翻译成class文件是不是科学,几乎太伤心了!

怎么消除?

新的框架结构需求化解三个难点:

  • 类隔开的主题素材: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完结就发出了,把持有Agent的类和落到实处的成效抽象出来,放到三个自定义的AgentClassLoader里面,字节码注入到对象APP后方可透过反射的法子来调用具体的事件落成。

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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、自身参数等);
  • Drill类通过反射的艺术调用AppClassLoader里面包车型地铁切实事件达成,举个例子BEFORE事件的实践代码,来达成注入后的逻辑试行。

Agent的完全架构

Agent的全体架构如图所示:

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  • 帮衬不一样的模块的步向,举例Mock、流量摄像、故障练习等;
  • 帮忙QSSO的权能验证;
  • 补助测验和虚假境况的无开支接入;
  • 支撑电动安排无需人工加入;
  • 支持各个故障命令的颁发和实行、 超时 、分外以及数额的归来;
  • 援救办法等第的编织以及代码奉行流程的编制;
  • 支撑在随机的Web容器奉行Agent代理。

四、怎样运用

接纳的益处是很显明的:

  • 零投入接入,不供给申请其余财富;
  • 故障注入解除,无需重启服务;
  • 能够提供具备集群的拓扑结构。

不过什么才干科学选用呢?如下图所示:

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选取办法

步骤一、输入AppCode;

手续二、选拔故障方法;

步骤三、钦命机器;

步骤四、注入故障。

五、总结

故障演练平台最宗旨的正是Agent组件——字节码编织框架,那几个框架是纯Java的依据Instrumentation-API的AOP建设方案。它能够方便研发职员对于字节码插桩拆桩操作,能够很轻松的兑现故障练习、流量摄像以及另外的行使模块。

作者:王鹏

发源:Qunar本领沙龙订阅号(ID:QunarTL)

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