阿里精准测试开源贡献奖Jvm-Sandbox我正在参加「掘金·启航计划」阿里的Jvm-Sandbox是一款Java应用

我正在参加「掘金·启航计划」

阿里的Jvm-Sandbox是一款Java应用沙箱，沙箱（Sandbox）是指一个隔离的环境，类似于一个封闭的盒子，可以在其中运行程序或应用，而不会影响到系统中其他部分的操作。在这个环境中，程序只能访问被授权的资源和功能，而不能访问其他系统资源。沙箱技术的目的是为了保护系统安全和稳定性，同时也可以提供更好的应用程序开发和测试环境。通过将程序隔离在一个独立的环境中，可以避免它访问到不该访问的资源和数据，从而降低了安全风险。

在软件开发领域，沙箱技术经常被用于应用程序的测试和调试，以及恶意软件的研究和分析等工作中。通过使用沙箱技术，开发者可以在一个安全的环境中测试应用程序，检查其运行是否正常，并找出可能存在的问题和漏洞。此外，沙箱还可以用来模拟网络攻击和恶意软件行为，以便进行安全评估和反病毒工作。

有时候突然一个问题反馈上来，需要入参才能完成定位，但恰恰没有任何日志，甚至出现在别人的代码里，好想开发一个工具可以根据需要动态添加日志，最好还能按照业务ID进行过滤。
系统间的异常模拟可以使用的工具很多，可是系统内的异常模拟怎么办，加开关或是用AOP在开发系统中实现，好想开发一个更优雅的异常模拟工具，既能模拟系统间的异常，又能模拟系统内的异常。
好想获取行调用链路数据，可以用它识别场景、覆盖率统计等等，覆盖率统计工具不能原生支持，统计链路数据不准确。想自己开发一个工具获取行链路数据。
我想开发录制回放、故障模拟、动态日志、行链路获取等等工具，就算我开发完成了，这些工具底层实现原理相同，同时使用，要怎么消除这些工具之间的影响，怎么保证这些工具动态加载，怎么保证动态加载/卸载之后不会影响其他工具，怎么保证在工具有问题的时候，快速消除影响，代码还原。

如果你有以上研发诉求，那么你就是JVM-SANDBOX(以下简称沙箱容器)的潜在客户。沙箱容器提供

它具有以下特点：

隔离性：Sandbox可以将不同的Java应用程序隔离在不同的虚拟机中运行，避免应用程序之间相互影响和干扰。
安全性：Sandbox可以对Java应用程序进行安全限制和监控，防止恶意代码的执行和攻击。
轻量级：Sandbox采用轻量级的虚拟化技术，使得其开销比传统虚拟机更小。
灵活性：Sandbox可以根据不同的需求定制不同的虚拟机环境，以满足不同的应用场景。
高可靠性：Sandbox采用了多种技术手段来保证虚拟机的稳定性和可靠性，如快照、恢复等。

实现原理

Sandbox的实现原理主要依赖于Java的虚拟化技术和字节码增强技术。

首先，Sandbox利用Java的虚拟化技术，在同一进程内创建多个相互隔离的虚拟机（称为Isolate）。每个Isolate都有自己独立的类加载器、内存空间和线程池，可以在其中运行不同的Java应用程序，从而实现对应用程序之间的隔离。

然后，Sandbox利用Java字节码增强技术，对需要被Mock的类进行动态修改。具体来说，Sandbox会针对需要被Mock的类和方法，使用字节码增强工具生成一个新的类和方法，并将其添加到Sandbox的虚拟机中。这样，在Sandbox中就可以调用新的类和方法，从而实现Mock的功能。

最后，在Sandbox和主程序之间进行沟通交互时，Sandbox采用了基于Java反射和代理的方式。具体来说，当主程序需要调用Sandbox中的某个方法时，Sandbox通过反射机制查找该方法，并使用代理对象将其转发给Sandbox中的虚拟机执行。当Sandbox执行完毕后，将结果返回给主程序。

使用sandbox实现mock

常用的Mock框架有Mockito、EasyMock等。这些框架通常采用字节码增强或动态代理等技术，来实现对类和方法的Mock。

而使用Sandbox实现Mock，则是利用Sandbox的虚拟化能力，将Mock对象隔离在一个独立的虚拟机环境中运行，并与主程序进行沟通交互。这种方式可以有效地防止Mock对象对主程序造成的影响。

具体实现步骤如下：

创建一个Sandbox环境，并在其中加载需要被Mock的类和方法。
在Sandbox环境中创建一个Mock对象，并将其注册到主程序中。
在主程序中调用Mock对象，由Mock对象返回预设的结果。
在测试完成后，销毁Sandbox环境，释放资源。

需要注意的是，使用Sandbox实现Mock需要对Java虚拟机的运行机制、类加载机制、反射机制等有一定的了解和掌握。此外，由于Sandbox的性能开销较大，因此在实际使用中需要进行充分的测试和评估，以确保其不会对系统性能产生过大的影响。

案例

假设我们要Mock掉一个名为Calculator的类中的add方法，其具体实现如下：

public class Calculator {
    public int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

具体步骤如下：

首先需要引入Sandbox的依赖库，并创建一个Sandbox环境：

SandboxBuilder sandboxBuilder = new SandboxBuilder();
sandboxBuilder.addClassPathEntry("path/to/calculator.jar");
// 添加需要被Mock的类和方法
sandboxBuilder.addTransferModel(new TransferModel.Builder(Calculator.class.getName())
                .methodName("add")
                .parameterTypes(int.class, int.class)
                .build());
Sandbox sandbox = sandboxBuilder.buildSandbox();

在上述代码中，我们首先创建了一个SandboxBuilder对象，并通过addClassPathEntry方法添加了需要被Mock类所在的jar包路径。然后，我们通过addTransferModel方法将需要被Mock的类和方法加入到Sandbox环境中。

在Sandbox环境中创建Mock对象，并将其注册到主程序中：

// 创建Mock对象
Object mockObj = sandbox.getObject(Calculator.class.getName());
when(mockObj.add(1, 2)).thenReturn(3);
// 将Mock对象注册到主程序中
sandbox.getApplicationClassLoader().getTransletClasses().put(Calculator.class.getName(), mockObj.getClass());

在上述代码中，我们通过sandbox.getObject方法在Sandbox环境中创建了一个Mock对象，并使用when.thenReturn方法预设了Mock对象的行为。然后，我们将该Mock对象注册到主程序中。

在主程序中调用Mock对象：

Calculator calculator = new Calculator();
int result = calculator.add(1, 2);
System.out.println("result: " + result);

在上述代码中，我们调用了Calculator类中的add方法，根据之前预设的Mock行为，此处应输出result: 3。

在测试完成后销毁Sandbox环境：

sandbox.destroy();

代码如下：

import com.alibaba.jvm.sandbox.api.Sandbox;
import com.alibaba.jvm.sandbox.api.SandboxBuilder;
import com.alibaba.jvm.sandbox.api.model.TransferModel;

import static org.mockito.Mockito.*;

public class MockWithSandboxDemo {
    public static void main(String[] args) {
        SandboxBuilder sandboxBuilder = new SandboxBuilder();
        sandboxBuilder.addClassPathEntry("path/to/calculator.jar");
        // 添加需要被Mock的类和方法
        sandboxBuilder.addTransferModel(new TransferModel.Builder(Calculator.class.getName())
                .methodName("add")
                .parameterTypes(int.class, int.class)
                .build());
        Sandbox sandbox = sandboxBuilder.buildSandbox();

        try {
            // 创建Mock对象
            Object mockObj = sandbox.getObject(Calculator.class.getName());
            when(mockObj.add(1, 2)).thenReturn(3);
            // 将Mock对象注册到主程序中
            sandbox.getApplicationClassLoader().getTransletClasses().put(Calculator.class.getName(), mockObj.getClass());

            // 调用Mock对象
            Calculator calculator = new Calculator();
            int result = calculator.add(1, 2);
            System.out.println("result: " + result);
        } finally {
            // 销毁Sandbox环境
            sandbox.destroy();
        }
    }

    static class Calculator {
        public int add(int a, int b) {
            return a + b;
        }
    }
}

这段代码实现了对Calculator类中的add方法进行Mock，并输出了结果。需要注意的是，由于Sandbox的性能开销较大，在实际使用时需要进行充分的测试和评估，以确保其不会对系统性能产生过大的影响。