Java线上问题排查神器Arthas快速上手与原理浅谈

前言

当你兴冲冲地开始运行本身的Java项目时，你是否遇到过以下问题：

• 程序在稳定运行了，但是实现的功能点了没反应。
• 为了修复Bug而上线的新版本，上线后发现Bug依然在，却想不通哪里有问题？
• 想到可能出现问题的地方，却发现那里没打日志，无法在运行中看到问题，只能加了日志输出从新打包——部署——上线
• 程序功能正常了，但是为啥响应时间这么慢，在哪里出现了问题？
• 程序不但稳定运行，并且功能完美，但跑了几天或者几周事后，发现响应速度变慢了，是否是内存泄漏了？

之前，你碰到这些问题，解决的办法大可能是，修改代码，从新上线。可是在大公司里，上线的流程是很是繁琐的，若是为了多加一行日志而从新发布版本，无疑是很是折腾人的。

如今，咱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文档中对于为何要使用它的描述，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，你可以了解：

• Arthas使用实例：帮助你快速让你上手，拯救你的低效率Debug
• 使用Arthas解决具体问题：看一下Arthas帮我拯救了多少时间
• 类似工具：看看线上Debug还有没有别的工具可使用
• 原理浅谈：莫在浮沙筑高阁！你须要大概了解下Arthas的原理

相信我，Arhas以为是你提高效率的利器，适合各类阶段的开发者，尤为适合我这种刚入门的新人（每天上班写Bug的人）。你不该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！

线上Debug神器Arthas

Arthas使用实例

命令的详细文档请参考：

alibaba.github.io/arthas/comm…

快速启动

快速启动它，你只须要两行命令：

随后，在界面出现的进程中，选择你的程序序号，好比1

这样你就进入了arthas的控制台

基本使用

Arthas有以下功能：

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。

经过这些，你能够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

经过SC咱们能够看到咱们这个类的详细信息，包括是从哪一个jar包读取的，他是否是接口/枚举类等，甚至包括他是从哪一个类加载器加载的。

上图中代码：

SC也能够查看已加载的类，帮助你看是否有没有归入进来的类，尤为是在Spring中，能够判断的你的依赖有没有正确的进来。

上图中代码：

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

你能够经过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很是的有用，能够看出具体每一个方法执行的时间，若是是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（你须要设置最大监控次数），而后你能够在任什么时候候会看这里面的调用，包括出参，入参，运行耗时，是否异常等。很是强大。

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

咱们代码有时候设计的很差，会引起死锁的问题，卡住整个线程执行，使用这个指令能够轻松的找到问题线程，以及问题的执行语句。

1. 强大的ognl表达式

众所周知，通常来讲，表达式都是调试工具里最强的指令，哈哈。

在Arthas中你能够利用ognl表达式语言作不少事，好比执行某个方法，获取某个信息，甚至进行修改。

甚至你能够动态更换日志输出级别

使用Arthas解决具体问题1. 响应时间异常问题

工做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很是大的时间，几千个手机号，进行了解密后加密的精彩操做，最终致使了两分钟的返回时间。

2. 某功能Bug致使服务器返回500

首先经过trace看异常报错的方法，以后经过tt排查方法，发现入参进来后，竟然走错了方法（由于多态），走到了返回null的方法中，因此致使了NPE空指针错误。

补充

Arthas还支持Web Console，详见：

alibaba.github.io/arthas/web-…

类似工具

BTrace一是个历史比较久的工具，观察下来Arthas其实和他的理念蛮类似的，相信Arthas也参考过Btrace，做为一个学习样例来开发Arthas。详细的优劣势看图：

其余的类似工具，还有jvm-sandbox，有兴趣的朋友能够去看看。

原理浅谈

分为三个部分:

• 启动
• arthas服务端代码分析
• arthas客户端代码分析

启动

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,会在用户目录下创建.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

经过反射的方式来启动字符客户端

服务端——前置准备

看服务端启动命令能够知道 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。

• 首先解析入参，生成com.taobao.arthas.core.config.Configure类，包含了相关配置信息
• 使用jdk-tools里面的VirtualMachine.loadAgent，其中第一个参数为agent路径， 第二个参数向jar包中的agentmain()方法传递参数（此处为agent-core.jar包路径和config序列化以后的字符串），加载arthas-agent.jar包
• 运行arthas-agent.jar包，指定了Agent-Class为com.taobao.arthas.agent.AgentBootstrap

上图中代码：

服务端——监听客户端请求

• 若是是exit,logout,quit,jobs,fg,bg,kill等直接执行。
• 若是是其余的命令，则建立Job，并运行。
• 建立Job时，会根据具体客户端传递的命令，找到对应的Command，并包装成Process, Process再被包装成Job。
• 运行Job时，反向先调用Process，再找到对应的Command，最终调用Command的process处理请求。

服务端——Command处理流程

1. 不须要使用字节码加强的命令

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。

1. 须要使用字节码加强的命令

字节码增长的命令统一继承EnhancerCommand类，process方法里面调用enhance方法进行加强。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初始化的时候能够看到，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，好比before,afterReturning, afterThrowing。

客户端

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链接，关键的代码有下面几步：

1. 构造TelnetClient对象，并初始化
2. 构造ConsoleReader对象，并初始化
3. 调用IOUtil.readWrite(telnet.getInputStream(), telnet.getOutputStream(), System.in, consoleReader.getOutput())处理各个流，一共有四个流： telnet.getInputStream() telnet.getOutputStream() System.in consoleReader.getOutput()

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，深刻下去还有不少东西须要生啃，我也没有消化得很好，你们能够继续阅读详细资料。

总结

Arthas是一个线上Debug神器，小白也能够轻松上手。

码字不易，但愿你们捧我的场，谢谢诸位。

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