java排查全套教程



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作者 | 杨桢栋，笔名叫蛮三刀把刀，是一名一线互联网码农，留美访学一年，主要关注后端开发，数据安全，爬虫，物联网，边缘计算等方向。

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：

• 程序在稳定运行了，可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，没法在运行中看到问题，只能加了日志输出重新打包——部署——上线
• 程序功能正常了，可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，而且功能完美，但跑了几天或者几周过后，发现响应速度变慢了，是不是内存泄漏了？

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：

• 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
• 相似工具：看看线上 Debug 还有没有别的工具可以使用
• 原理浅谈：莫在浮沙筑高阁！你需要大概了解下 Arthas 的原理

相信我，Arhas 绝对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！

快速启动它，你只需要两行命令：

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：

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：

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：

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。

5. 强大的 ognl 表达式

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。

甚至你可以动态更换日志输出级别。

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。

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

BTrace 一是个历史比较久的工具，观察下来 Arthas 其实和它的理念蛮相似的，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:

• 启动
• arthas 服务端代码分析
• arthas 客户端代码分析

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。

• 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 序列化之后的字符串），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：

• 如果是 exit,logout,quit,jobs,fg,bg,kill 等直接执行；
• 如果是其他的命令，则创建 Job，并运行；
• 创建 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。

1. 不需要使用字节码增强的命令

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. 需要使用字节码增强的命令

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：

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。

Arthas 官方正在举行征文活动，如果你有：

• 使用 Arthas 排查过的问题
• 对 Arthas 进行源码解读
• 对 Arthas 提出建议
• 不限，其它与 Arthas 有关的内容

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