Debug 实现原理！看完还不懂吗？

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前言

本文将会讲述JPDA的组成，Debugger的实现原理等。

程序异常了！

返回结果不对！

在我这儿正常啊。

每一次遇到这种异常的情况，要处理问题时，我们一定会想到

“等我Debug一下，分分钟解决。”

而如果是线上的问题，我们一定会想

“如果能debug一下该多好啊”

我们在说起Debug的时候，一般是在IDE里代码中加断点，一步步跟踪。然后观察变量的值，观察输出等等。

这种在Debug工具，许多IDE中都有提供，像Eclipse，DEA，NetBeans，甚至我们可以直接使用JDK自带的jdb工具进行高度。这些工具都支持本地调试和远程调试。

那在我们加断点，debug，单步调试等一系列动作背后，是如何实现的呢？

说到这些，就不得不提JPDA(Java Platform Debugger Architecture)。我们每次使用的debug功能，都是靠JPDA的支撑实现的。

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什么是JPDA?

官方文档里这样介绍：

The Java Platform Debugger Architecture (JPDA) consists of three interfaces designed for use by debuggers in development environments for desktop systems.

我们看到，JPDA由三部分组成：

• JVMTI(Java Virtual Machine Tool Interface)
• JDWP(Java Debugger Wire Protocol)
• JDI(Java Debug Interface)

熟悉JVM的朋友可能听说过JVMPI和JVMDI，在JDK1.5他们统一被替换为JVMTI。

JVMTI

以前的文章里我们提到过Class的hotSwap，就是通过Instrument实现class的redefine和retransform。

而本质上JVMTI是一个programming interface，主要用在开发和监控上。而且它提供了接口去观察(inspect) 应用状态和控制应用的执行。工具通过它提供的接口，可以进行如下功能的实现：

• profiling
• debuging
• monitoring
• thread analysis
• coverage analysis

可以看到，我们使用到的debug，只是JVMTI提供的众从能力中的一种。

JDWP

观察过Java debug进程的同学也许有印象，以debug方式启动的JVM进程，看起来是这样的：

-agentlib:jdwp=transport=dt_socket,address=127.0.0.1:63971,server=y,suspend=n

除了进程名之外，还在启动参数里包含agentlib:jdwp这些。这个就是现在要介绍的JDWP。

什么是JDWP?

Java Debug Wire Protocol，是debugger和它要debug的JVM之间进行通讯的协议。

更多具体协议的细节这里不介绍，感兴趣的同学可以到这儿查看：http://docs.oracle.com/javase/6/docs/technotes/guides/jpda/jdwp-spec.html

注意，这仅仅是一个协议的格式，具体的传输实现不是由JDWP来实现的。我们的debugger执行的操作发送到JDWP的实现上，然后再转给JVMTI来具体控制。

JDI

JDI是三个模块中最高层的一个接口，通过JDI，debugger可以更方便的编写符合JDWP格式的数据，用来进行调试数据传输。JDI的引入，提高了开发debugger的效率。

所以，从整体上看，我们可以把JPDA看作一个两个互相通讯的程序，所以我们可以在任意地点很方便的调试另一个JVM上运行的程序。

我们每次在IDE里进行代码调试时，实质上是通过IDE里的debugger这个界面执行GUI操作，然后通过JDI发送数据到JDWP，再经过JVMTI最终实现程序的高度。

每次我们打开IDE调试一个Java应用的时候，或者远程attach一个Java进程的时候，别忘了这个IDE背后的男人---JPDA。

另外，Tomcat启动脚本中也直接包含了debug方式启动的功能，在命令行中输入catalina jpda start， Tomcat就以debug方式启动了。