程序员实用JDK小工具概括，工做用获得
在JDK的安用装目录bin下，有一些有很是实用的小工具，可用于分析JVM初始配置、内存溢出异常等问题，咱们接下来将对些经常使用的工具进行一些说明。html
JDK小工具简介
在JDK的bin目录下面有一些小工具，如javac,jar,jstack,jstat等，在平常编译运行过程当中有着很多的“额外”功能，那么它们是怎么工做的呢？虽然这些文件自己已经被编译成可执行二进制文件了，可是其实它们的功能都是由tools.jar这个工具包(配合一些dll或者so本地库)完成的，每一个可执行文件都对应一个包含main函数入口的java类(有兴趣能够阅读openJDK相关的源码，它们的对应关系以下(更多可去openJDK查阅)：java
javac com.sun.tools.javac.Main jar sun.tools.jar.Main jps sun.tools.jps.Jps jstat sun.tools.jstat.Jstat jstack sun.tools.jstack.JStack ...
tools.jar的使用
咱们通常开发机器上都会安装JDK+jre，这时候，要用这些工具，直接运行二进制可执行文件就好了，可是有时候，机器上只有jre而没有JDK，咱们就没法用了么？linux
若是你知道如上的对应关系的话，咱们就能够"构造"出这些工具来(固然也能够把JDK安装一遍，本篇只是介绍另外一种选择)，好比咱们编写git
//Hello.java
public class Hello{
public static void main(String[] args)throws Exception{
while(true){
test1();
Thread.sleep(1000L);
}
}
public static void test1(){
test2();
}
public static void test2(){
System.out.println("invoke test2");
}
}
能够验证以下功能转换关系github
1.编译源文件：spring
javac Hello.java => java -cp tools.jar com.sun.tools.javac.Main Hello.java
结果同样，均可以生成Hello.class文件
而后咱们开始运行java -cp . Hellosegmentfault
2.查看java进程:windows
jps => java -cp tools.jar sun.tools.jps.Jps
结果同样，以下：oracle
4615 Jps 11048 jar 3003 Hello
3.动态查看内存:jvm
jstat -gcutil 3003 100 3 => java -cp tools.jar sun.tools.jstat.Jstat -gcutil 3003 100 3
发现结果是同样的
S0 S1 E O M CCS YGC YGCT FGC FGCT GCT 0.00 0.00 4.00 0.00 17.42 19.65 0 0.000 0 0.000 0.000 0.00 0.00 4.00 0.00 17.42 19.65 0 0.000 0 0.000 0.000 0.00 0.00 4.00 0.00 17.42 19.65 0 0.000 0 0.000 0.000
4.查看当前运行栈信息
正常状况，执行以下命令结果也是同样，能够正常输出
jstack 3003 =》 java -cp tools.jar sun.tools.jstack.JStack 3003
可是有的jre安装不正常的时候，会报以下错误
Exception in thread "main" java.lang.UnsatisfiedLinkError: no attach in java.library.path
这是由于jstack的运行须要attach本地库的支持，咱们须要在系统变量里面配置上其路径，假如路径为/home/JDK/jre/bin/libattach.so
命令转换成
jstack 3003 =》 java -Djava.library.path=/home/JDK/jre/bin -cp tools.jar sun.tools.jstack.JStack 3003
就能够实现了
在linux系统中是libattach.so，而在windows系统中是attach.dll，它提供了一个与本机jvm通讯的能力，利用它能够与本地的jvm进行通讯，许多java小工具就可能经过它来获取jvm运行时状态，也能够对jvm执行一些操做
attach使用
1. 编写agent.jar代理包
- 编写一个Agent类
//Agent.java
public class Agent{
public static void agentmain(String args, java.lang.instrument.Instrumentation inst) {
System.out.println("agent : " + args);
}
}
- 编译Agent
java -cp tools.jar com.sun.tools.javac.Main Agent.java //或者 javac Agent.java
- 再编manifest.mf文件
//manifest.mf Manifest-Version: 1.0 Agent-Class: Agent Can-Redefine-Classes: true Can-Retransform-Classes: true
- 把Agent.class和manifest.mf进行打包成agent.jar
java -cp tools.jar sun.tools.jar.Main -cmf manifest.mf agent.jar Agent.class //或者 jar -cmf manifest.mf agent.jar Agent.class
2.attach进程
- 编写以下attach类，编译并执行
//AttachMain.java
public class AttachMain {
public static void main(String[] args) throws Exception {
com.sun.tools.attach.VirtualMachine vm = com.sun.tools.attach.VirtualMachine.attach(args[0]);
vm.loadAgent("agent.jar", "inject params");
vm.detach();
}
}
- 编译：
java -cp tools.jar com.sun.tools.javac.Main -cp tools.jar AttachMain.java //或者 javac -cp tools.jar AttachMain.java
- 执行attach
java -cp .:tools.jar AttachMain 3003
- 查看Hello进程有以下输出：
invoke test2 invoke test2 invoke test2 invoke test2 invoke test2 invoke test2 invoke test2 agent : inject params invoke test2
说明attach成功了，并且在目标java进程中引入了agent.jar这个包，而且在其中一个线程中执行了manifest文件中agentmain类的agentmain方法，详细原理能够见JVMTI的介绍，例如oracle的介绍
3. 用attach制做小工具
- 写一个使进程OutOfMemory/StackOverFlow的工具
有了attach的方便使用，咱们能够在agentmain中新起动一个线程(为避免把attach线程污染掉)，在里面无限分配内存但不回收，就能够产生OOM或者stackoverflow
代码以下：
//Agent.java for OOM
public class Agent{
public static void agentmain(String args, java.lang.instrument.Instrumentation inst) {
new Thread() {
@Override
public void run() {
java.util.List<byte[]> list = new java.util.ArrayList<byte[]>();
try {
while(true) {
list.add(new byte[100*1024*1024]);
Thread.sleep(100L);
}
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}.start();
}
}
//Agent.java for stackoverflow
public class Agent{
public static void agentmain(String args, java.lang.instrument.Instrumentation inst) {
new Thread() {
@Override
public void run() {
stackOver();
}
private void stackOver(){
stackOver();
}
}.start();
}
}
当测试OOM的时候，hello进程的输出为：
invoke test2
Exception in thread "Thread-0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at Agent$1.run(Agent.java:9)
invoke test2
invoke test2
invoke test2
说明发生OOM了, 可是OOM线程退出了，其它线程还在正常运行。
若是咱们须要进程在OOM的时候产生一些动做，咱们能够在进程启动的时候增长一些OOM相关的VM参数
- OOM的时候直接kill掉进程：-XX:OnOutOfMemoryError="kill -9 %p"
结果以下：
invoke test2 invoke test2 # # java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space # -XX:OnOutOfMemoryError="kill -9 %p" # Executing /bin/sh -c "kill -9 26829"... Killed
- OOM的时候直接退出进程：-XX:+ExitOnOutOfMemoryError
结果以下：
invoke test2 invoke test2 Terminating due to java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
- OOM的时候进程crash掉：-XX:+CrashOnOutOfMemoryError
结果以下：
invoke test2 invoke test2 Aborting due to java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space invoke test2# # A fatal error has been detected by the Java Runtime Environment: # # Internal Error (debug.cpp:308) , pid=42675, tid=0x00007f3710bf4700 # fatal error: OutOfMemory encountered: Java heap space # # JRE version: Java(TM) SE Runtime Environment (8.0_171-b11) (build 1.8.0_171-b11) # Java VM: Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.171-b11 mixed mode linux-amd64 compressed oops) # Failed to write core dump. Core dumps have been disabled. To enable core dumping, try "ulimit -c unlimited" before starting Java again # # An error report file with more information is saved as: # /root/hanlang/test/hs_err_pid42675.log # # If you would like to submit a bug report, please visit: # http://bugreport.java.com/bugreport/crash.jsp # Aborted
- OOM的时候dump内存：-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/dump.hprof
结果生成dump文件
asm的应用
1.asm使用原理
asm是一个java字节码工具，提供一种方便的函数/属性级别修改已经编译好的.class文件的方法, asm的简单使用原理介绍以下：
- 经过ClassReader读取.class文件的字节码内容，并生成语法树；
- ClassReader的方法accept(ClassVisitor classVisitor, int parsingOptions)功能是让classVisitor遍历语法树，默认ClassVisitor是一个代理类，须要有一个具体的实如今遍历语法树的时候作一些处理；
- 用ClassWriter是ClassVisitor的一个实现，它的功能是把语法树转换成字节码；
- 一般咱们会定义一个本身的ClassVisitor，能够重写里面的一些方法来改写类处理逻辑，而后让ClassWriter把处理以后的语法树转换成字节码；
2.下面是具体的实现步骤：
- 引入asm依赖包
<dependency>
<groupId>org.ow2.asm</groupId>
<artifactId>asm</artifactId>
<version>7.0</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.ow2.asm</groupId>
<artifactId>asm-commons</artifactId>
<version>7.0</version>
</dependency>
//或者引入以下包
asm-commons-7.0.jar
asm-analysis-7.0.jar
asm-tree-7.0.jar
asm-7.0.jar
- 定义一个ClassVisitor，功能是在全部方法调用前和调用后分别经过System.out.println打印一些信息
输入为字节码，输出也是字节码
//MyClassVisitor.java
public class MyClassVisitor extends ClassVisitor {
private static final Type SYSTEM;
private static final Type OUT;
private static final Method PRINTLN;
static {
java.lang.reflect.Method m = null;
try {
m = PrintStream.class.getMethod("println", new Class<?>[] {String.class});
} catch (Exception e) {
}
SYSTEM = Type.getType(System.class);
OUT = Type.getType(PrintStream.class);
PRINTLN = Method.getMethod(m);
}
private String cName;
public MyClassVisitor(byte[] bytes) {
super(Opcodes.ASM7, new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES));
new ClassReader(bytes).accept(this, ClassReader.EXPAND_FRAMES);
}
String format(String name) {
return name.replaceAll("<", "_").replaceAll("\\$|>", "");
}
@Override
public void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces) {
cName = format(name);
super.visit(version, access, name, signature, superName, interfaces);
}
@Override
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String desc, String signature, String[] exceptions) {
if ((access & 256) != 0) {
return super.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions);
}
return new MyMethodAdapter(super.visitMethod(access, name, desc, signature, exceptions), access, name, desc);
}
public byte[] getBytes() {
return ((ClassWriter) cv).toByteArray();
}
class MyMethodAdapter extends AdviceAdapter {
private String mName;
public MyMethodAdapter(MethodVisitor methodVisitor, int acc, String name, String desc) {
super(Opcodes.ASM7, methodVisitor, acc, name, desc);
this.mName = format(name);
}
@Override
protected void onMethodEnter() {
getStatic(SYSTEM, "out", OUT);
push(cName + "." + mName + " start");
this.invokeVirtual(OUT, PRINTLN);
}
@Override
protected void onMethodExit(int opcode) {
getStatic(SYSTEM, "out", OUT);
push(cName + "." + mName + " end");
this.invokeVirtual(OUT, PRINTLN);
}
}
}
- 定义一个简单的classLoader来加载转换后的字节码
//MyLoader.java
class MyLoader extends ClassLoader {
private String cname;
private byte[] bytes;
public MyLoader(String cname, byte[] bytes) {
this.cname = cname;
this.bytes = bytes;
}
@Override
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
Class<?> clazz = null;
if (clazz == null && cname.equals(name)) {
try {
clazz = findClass(name);
} catch (ClassNotFoundException e) {
}
}
if (clazz == null) {
clazz = super.loadClass(name, resolve);
}
return clazz;
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
Class<?> clazz = this.findLoadedClass(name);
if (clazz == null) {
clazz = defineClass(name, bytes, 0, bytes.length);
}
return clazz;
}
}
- 加载转换Hello类，而后反向调用其方法
//将以下main函数加入MyClassVisitor.java中
public static void main(String[] args) throws Exception {
try (InputStream in = Hello.class.getResourceAsStream("Hello.class")) {
byte[] bytes = new byte[in.available()];
in.read(bytes);
String cname = Hello.class.getName();
Class<?> clazz = new MyLoader(cname, new MyClassVisitor(bytes).getBytes()).loadClass(cname);
clazz.getMethod("test1").invoke(null);
}
}
- 编译
java -cp tools.jar com.sun.tools.javac.Main -cp asm-commons-7.0.jar:asm-analysis-7.0.jar:asm-tree-7.0.jar:asm-7.0.jar:. *.java //或者 javac -cp asm-commons-7.0.jar:asm-analysis-7.0.jar:asm-tree-7.0.jar:asm-7.0.jar:. *.java
- 运行
java -cp asm-commons-7.0.jar:asm-analysis-7.0.jar:asm-tree-7.0.jar:asm-7.0.jar:. MyClassVisitor //结果以下： Hello.test1 start Hello.test2 start invoke test2 Hello.test2 end Hello.test1 end
asm的使用很普遍，最经常使用的是在spring aop里面切面的功能就是经过asm来完成的
3. 利用asm与Instrument制做调试工具
- Instrument工具
Instrument类有以下方法，能够增长一个类转换器
addTransformer(ClassFileTransformer transformer, boolean canRetransform)
执行以下方法的时候，对应的类将会被从新定义
retransformClasses(Class<?>... classes)
- 与asm配合使用
当咱们修改Agent.java代码为下面内容
//Agent
public class Agent {
public static void agentmain(String args, Instrumentation inst) {
try {
URLClassLoader loader = (URLClassLoader)Agent.class.getClassLoader();
Method method = URLClassLoader.class.getDeclaredMethod("addURL", URL.class);
method.setAccessible(true);//代码级引入依赖包
method.invoke(loader, new File("asm-7.0.jar").toURI().toURL());
method.invoke(loader, new File("asm-analysis-7.0.jar").toURI().toURL());
method.invoke(loader, new File("asm-tree-7.0.jar").toURI().toURL());
method.invoke(loader, new File("asm-commons-7.0.jar").toURI().toURL());
inst.addTransformer(new ClassFileTransformer() {
@Override
public byte[] transform(ClassLoader loader, String className, Class<?> classBeingRedefined,
ProtectionDomain protectionDomain, byte[] bytes) {
return new MyClassVisitor(bytes).getBytes();
}
}, true);
inst.retransformClasses(Class.forName("Hello"));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
- 编译并打包成agent.jar
//编译 javac -cp asm-commons-7.0.jar:asm-analysis-7.0.jar:asm-tree-7.0.jar:asm-7.0.jar:. *.java //打包 jar -cmf manifest.mf agent.jar MyLoader.class MyClassVisitor.class MyClassVisitor\$MyMethodAdapter.class Agent.class Agent\$1.class
- attach进程修改字节码
//执行 java -cp .:tools.jar AttachMain 3003 //执行先后Hello进程的输出变化为 invoke test2 invoke test2 invoke test2 Hello.test1 start Hello.test2 start invoke test2 Hello.test2 end Hello.test1 end Hello.test1 start Hello.test2 start invoke test2 Hello.test2 end Hello.test1 end
利用asm及instrument工具来实现热修改字节码如今有许多成熟的工具,如btrace（https://github.com/btraceio/btrace，jvm-sandbox https://github.com/alibaba/jvm-sandbox)
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