本文公众号来源:后端技术漫谈
作者:蛮三刀把刀
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当你兴冲冲地开始运行自己的Java项目时,你是否遇到过如下问题:
以前,你碰到这些问题,解决的办法大多是,修改代码,重新上线。但是在大公司里,上线的流程是非常繁琐的,如果为了多加一行日志而重新发布版本,无疑是非常折腾人的。
现在,我们有了更为优雅的线上调试方法,来自阿里巴巴开源的Arthas
下图是Arthas文档中对于为什么要使用它的描述,我进行了精简:
好了,前言已经超过字数了,哈哈,在本篇文章里,你能够了解:
相信我,Arhas觉得是你提升效率的利器,适合各种阶段的开发者,尤其适合我这种刚入门的新人(天天上班写Bug的人)。你不应该有这种东西是高阶程序员才应该去使用的思想,放心大胆的去用吧
命令的详细文档请参考:
https://alibaba.github.io/arthas/commands.html
快速启动它,你只需要两行命令:
wget https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar
java -jar arthas-boot.jar
随后,在界面出现的进程中,选择你的程序序号,比如1
这样你就进入了arthas的控制台
Arthas有如下功能:
1. 首先是我认为的“上帝视角”指令:Dashboard
当前系统的实时数据面板,按 ctrl+c 退出。 当运行在Ali-tomcat时,会显示当前tomcat的实时信息,如HTTP请求的qps, rt, 错误数, 线程池信息等等。
通过这些,你可以对于整个程序进程有个直观的数据监控。
2. 类加载问题相关指令
SC:查看JVM已加载的类信息
通过SC我们可以看到我们这个类的详细信息,包括是从哪个jar包读取的,他是不是接口/枚举类等,甚至包括他是从哪个类加载器加载的。
上图中代码:
[arthas@37]$ sc -d *MathGame
class-info demo.MathGame
code-source /home/scrapbook/tutorial/arthas-demo.jar
name demo.MathGame
isInterface false
isAnnotation false
isEnum false
isAnonymousClass false
isArray false
isLocalClass false
isMemberClass false
isPrimitive false
isSynthetic false
simple-name MathGame
modifier public
annotation
interfaces
super-class +-java.lang.Object
class-loader +-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@70dea4e
+-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@69260973
classLoaderHash 70dea4e
SC也可以查看已加载的类,帮助你看是否有没有纳入进来的类,尤其是在Spring中,可以判断的你的依赖有没有正确的进来。
上图中代码:
# 查看JVM已加载的类信息
[arthas@37]$ sc javax.servlet.Filter
com.example.demo.arthas.AdminFilterConfig$AdminFilter
javax.servlet.Filter
org.apache.tomcat.websocket.server.WsFilter
org.springframework.boot.web.filter.OrderedCharacterEncodingFilter
org.springframework.boot.web.filter.OrderedHiddenHttpMethodFilter
org.springframework.boot.web.filter.OrderedHttpPutFormContentFilter
org.springframework.boot.web.filter.OrderedRequestContextFilter
org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter
org.springframework.web.filter.GenericFilterBean
org.springframework.web.filter.HiddenHttpMethodFilter
org.springframework.web.filter.HttpPutFormContentFilter
org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter
org.springframework.web.filter.RequestContextFilter
org.springframework.web.servlet.resource.ResourceUrlEncodingFilter
Affect(row-cnt:14) cost in 11 ms.
# 查看已加载类的方法信息
[arthas@37]$ sm java.math.RoundingMode
java.math.RoundingMode <init>(Ljava/lang/String;II)V
java.math.RoundingMode values()[Ljava/math/RoundingMode;
java.math.RoundingMode valueOf(I)Ljava/math/RoundingMode;
java.math.RoundingMode valueOf(Ljava/lang/String;)Ljava/math/RoundingMode;
Affect(row-cnt:4) cost in 6 ms.
jad:反编译某个类,或者反编译某个类的某个方法
上图中代码:
# 反编译只显示源码
jad --source-only com.Arthas
# 反编译某个类的某个方法
jad --source-only com.Arthas mysql
[arthas@37]$ jad demo.MathGame
ClassLoader:
+-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@70dea4e
+-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@69260973
Location:
/home/scrapbook/tutorial/arthas-demo.jar
/*
* Decompiled with CFR.
*/
package demo;
import java.io.PrintStream;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class MathGame {
private static Random random = new Random();
public int illegalArgumentCount = 0;
public List<Integer> primeFactors(int number) {
if (number < 2) {
++this.illegalArgumentCount;
throw new IllegalArgumentException("number is: " + number + ", need >= 2");
}
ArrayList<Integer> result = new ArrayList<Integer>();
int i = 2;
while (i <= number) {
if (number % i == 0) {
result.add(i);
number /= i;
i = 2;
continue;
}
++i;
}
return result;
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MathGame game = new MathGame();
do {
game.run();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1L);
} while (true);
}
public void run() throws InterruptedException {
try {
int number = random.nextInt() / 10000;
List<Integer> primeFactors = this.primeFactors(number);
MathGame.print(number, primeFactors);
}
catch (Exception e) {
System.out.println(String.format("illegalArgumentCount:%3d, ", this.illegalArgumentCount) + e.getMessage());
}
}
public static void print(int number, List<Integer> primeFactors) {
StringBuffer sb = new StringBuffer(number + "=");
for (int factor : primeFactors) {
sb.append(factor).append('*');
}
if (sb.charAt(sb.length() - 1) == '*') {
sb.deleteCharAt(sb.length() - 1);
}
System.out.println(sb);
}
}
Affect(row-cnt:1) cost in 760 ms.
3. 方法运行相关指令
watch:方法执行的数据观测
你可以通过watch指令,来监控某个类,监控后,运行下你的功能,复现下场景,arthas会提供给你具体的出参和入参,帮助你排查故障
trace:输出方法调用路径,并输出耗时
这个指令对于优化代码非常的有用,可以看出具体每个方法执行的时间,如果是for循环等重复语句,还能看出n次循环中的最大耗时,最小耗时,和平均耗时,完美!
tt:官方名为时空隧道
这是我调试用的最多的指令,在你对某方法开启tt后,会记录下每一次的调用(你需要设置最大监控次数),然后你可以在任何时候会看这里面的调用,包括出参,入参,运行耗时,是否异常等。非常强大。
4. 线程调试相关指令
thread相关命令:
thread -n:排列出 CPU 使用率 Top N 的线程。
thread -b:排查阻塞的线程
我们代码有时候设计的不好,会引发死锁的问题,卡住整个线程执行,使用这个指令可以轻松的找到问题线程,以及问题的执行语句。
众所周知,一般来说,表达式都是调试工具里最强的指令,哈哈。
在Arthas中你可以利用ognl表达式语言做很多事,比如执行某个方法,获取某个信息,甚至进行修改。
[arthas@19856]$ ognl '@com.Arthas@hashSet'
@HashSet[
@String[count1],
@String[count2],
@String[count29],
@String[count28],
@String[count0],
@String[count27],
@String[count5],
@String[count26],
@String[count6],
@String[count25],
@String[count3],
@String[count24],
[arthas@19856]$ ognl '@com.Arthas@hashSet.add("test")'
@Boolean[true]
[arthas@19856]$
# 查看添加的字符
[arthas@19856]$ ognl '@com.Arthas@hashSet' | grep test
@String[test],
[arthas@19856]$
甚至你可以动态更换日志输出级别
$ ognl '@com.lz.test@LOGGER.logger.privateConfig'
@PrivateConfig[
loggerConfig=@LoggerConfig[root],
loggerConfigLevel=@Level[INFO],
intLevel=@Integer[400],
]
$ ognl '@com.lz.test@LOGGER.logger.setLevel(@org.apache.logging.log4j.Level@ERROR)'
null
$ ognl '@com.lz.test@LOGGER.logger.privateConfig'
@PrivateConfig[
loggerConfig=@LoggerConfig[root],
loggerConfigLevel=@Level[ERROR],
intLevel=@Integer[200],
]
1. 响应时间异常问题
工作中遇到一个优化问题,系统中一个导出表格的功能,响应时间长达2分钟,虽然给内部使用,但也不能这么夸张,用trace跟踪下方法,发现是其中的手机号加解密函数占用了非常大的时间,几千个手机号,进行了解密后加密的精彩操作,最终导致了两分钟的返回时间。
2. 某功能Bug导致服务器返回500
首先通过trace看异常报错的方法,之后通过tt排查方法,发现入参进来后,居然走错了方法(因为多态),走到了返回null的方法中,所以导致了NPE空指针错误。
Arthas还支持Web Console,详见:
https://alibaba.github.io/arthas/web-console.html
BTrace一是个历史比较久的工具,观察下来Arthas其实和他的理念蛮相似的,相信Arthas也参考过Btrace,作为一个学习样例来开发Arthas。详细的优劣势看图:
其他的相似工具,还有jvm-sandbox,有兴趣的朋友可以去看看。
分为三个部分:
使用了阿里开源的组件cli,对参数进行了解析
com.taobao.arthas.boot.Bootstrap
在传入参数中没有pid,则会调用本地jps命令,列出java进程
进入主逻辑,会在用户目录下建立.arthas目录,同时下载arthas-core和arthas-agent等lib文件,最后启动客户端和服务端
通过反射的方式来启动字符客户端
看服务端启动命令可以知道 从 arthas-core.jar开始启动,arthas-core的pom.xml文件里面指定了mainClass为com.taobao.arthas.core.Arthas,使得程序启动的时候从该类的main方法开始运行。
上图中代码:
public class Arthas {
private Arthas(String[] args) throws Exception {
attachAgent(parse(args));
}
private Configure parse(String[] args) {
// 省略非关键代码,解析启动参数作为配置,并填充到configure对象里面
return configure;
}
private void attachAgent(Configure configure) throws Exception {
// 省略非关键代码,attach到目标进程
virtualMachine = VirtualMachine.attach("" + configure.getJavaPid());
virtualMachine.loadAgent(configure.getArthasAgent(),
configure.getArthasCore() + ";" + configure.toString());
}
public static void main(String[] args) {
new Arthas(args);
}
}
其中JVM相关的使用 java.lang.management 提供的管理接口,来查看具体的运行时数据。比较简单,就不介绍了。
字节码增加的命令统一继承EnhancerCommand类,process方法里面调用enhance方法进行增强。调用Enhancer类enhance方法,该方法内部调用inst.addTransformer方法添加自定义的ClassFileTransformer,这边是Enhancer类。 Enhancer类使用AdviceWeaver(继承ClassVisitor),用来修改类的字节码。重写了visitMethod方法,在该方法里面修改类指定的方法。visitMethod方法里面使用了AdviceAdapter(继承了MethodVisitor类),在onMethodEnter方法, onMethodExit方法中,把Spy类对应的方法(ON_BEFORE_METHOD, ON_RETURN_METHOD, ON_THROWS_METHOD等)编织到目标类的方法对应的位置。 在前面Spy初始化的时候可以看到,这几个方法其实指向的是AdviceWeaver类的methodOnBegin, methodOnReturnEnd等。在这些方法里面都会根据adviceId查找对应的AdviceListener,并调用AdviceListener的对应的方法,比如before,afterReturning, afterThrowing。
客户端代码在arthas-client模块里面,入口类是com.taobao.arthas.client.TelnetConsole。
主要使用apache commons-net jar进行telnet连接,关键的代码有下面几步:
请求时:从本地System.in读取,发送到 telnet.getOutputStream(),即发送给远程服务端。 响应时:从telnet.getInputStream()读取远程服务端发送过来的响应,并传递给 consoleReader.getOutput(),即在本地控制台输出。
关于源码,深入下去还有很多东西需要生啃,我也没有消化得很好,大家可以继续阅读详细资料。
Arthas是一个线上Debug神器,小白也可以轻松上手。