Java诊断工具-Arthas入门与实践

Java诊断工具-Arthas入门与实践
- - 什么是Arthas？
  - Arthas能做什么？
  - 我在哪里可以下载Arthas？
- 快速入门
- - 1. 下载并运行math-game
  - 2. 使用Arthas粘附目标程序
  - 3. jad反编译源码
  - 4. watch查看方法返回结果
  - 5. trace打印内部调用路径
  - 6. stack打印被调用路径
- 进阶操作
- - 1.tt时空隧道
  - 2.getstatic查看静态属性
  - 3.调用静态方法
- 高阶操作
- - 1. 调用由spring管理的类的方法
  - 2. 实时修改线上代码
- 参考文献：

什么是Arthas？

Arthas是Alibaba开源的Java诊断工具,支持JDK 6+，支持Linux/Mac/Windows，采用命令行交互模式。

Arthas能做什么？

如果你是一个成熟的Java研发，相信你一定遇到过如下问题：
1.我改的代码怎么没效果？难道打包有问题？
2.擦，这里没怎没有加日志啊，为了加日志上次线又很麻烦！
3.这段代码在我本地好好的，怎么线上就有问题呢？
4.服务好端端的怎么假死了？希望能看到服务的实时状态，知道它到底在做什么！
5.这个服务似乎加载了一个错误的类，但是我不知道他是从哪个jar里加载来的！
… …

以上问题，借助Arthas都可以迎刃而解。

我在哪里可以下载Arthas？

点击这里下载Arthas-3.5.3，解压后即可使用

诚然，很多jvm相关的问题我们可以通过jdk本身提供的各种命令进行解决，但使用起来不够直观，功能也不完善，所以我们才需要借助Arthas这样的三方诊断工具，下边我们由浅入深的介绍Arthas的各种操作，如果你之前没有接触过诊断工具，相信它会极大的提升你的debug速度，助你快速定位问题。开始前建议先喝一杯水，因为下边全是干货。

快速入门

在这一小节里，我们将运行一个math-game的简单程序，这个程序每隔一秒生成一个随机数，再执行质因数分解，并打印出分解结果。我们使用Arthas来attach这个程序，来初步掌握Arthas的使用。

1. 下载并运行math-game

curl -O https://arthas.aliyun.com/math-game.jar
java -jar math-game.jar

程序运行起来后，你会看到如下日志：

这就代表我们正常启动了

2. 使用Arthas粘附目标程序

这里务必使用与启动math-game相同的账户，因为Arthas只能粘附当前用户发起的java进程：

sh as.sh

arthas会列出当前用户启动的java进程列表，如果你在这里无法认出哪个是你的目标进程，可以Ctrl + C退出，使用ps -ef | grep <关键字>来找到你的进程pid，再来这里找对应进程。
当然，本次我们很容易就能看出3号进程是我们的目标，于是输入3，arthas就会尝试去attach（粘附）这个进程：

看到这个ARTHAS的大logo，就证明attach成功了。

3. jad反编译源码

到这里，我们似乎还不知道这个jar里究竟写了什么内容，好在上图中，arthas已经为我们提示了这个jar的main class：demo.MatchGame,我们可以使用jad命令直接对其进行反编译：

jad demo.MathGame

可以看出，我们成功的反编译了main class的源码，并且arthas为我们额外展示了它的classLoader和所属jar。如果我们不想要这些额外信息，可以使用–source-only参数，仅展示源码。

4. watch查看方法返回结果

通过阅读源码，我们可以知道我们看到的日志，是通过demo.MathGame#primeFactors这个方法打印出来的，我们可以直接使用watch命令对这个方法进行观测，查看他的入参与返回结果：

watch demo.MathGame primeFactors {params,returnObj}

这条命令由四部分组成，分别是 watch命令，目标类的全限定名，目标方法，以及我们要看哪些信息，params即全部参数，returnObj是返回结果，这是ognl表达式的写法，关于ognl详细可以看这里：apache官方ognl介绍当然，眼下我们还不需要关注这么多，执行命令得到以下结果：

由于程序中每秒都会调用一次这个方法，所以arthas会不断打印，可以按Q退出这次watch。仔细观察打印的结果，我们会发现虽然arthas打印了参数和结果，但是只显示了Object，并没有显示它的内容，这显然是没有意义的，原因是我们打印的遍历层次不够，我们在刚才这条命令的尾部，追加 -x 3参数，意思是，对params和returnObj最多向下遍历3层：

watch demo.MathGame primeFactors {params,returnObj} -x 3

这样，我们就能清晰的看到本次的入参是1，返回结果是2，59，和73组成的ArrayList。

5. trace打印内部调用路径

有时候，我们在线上会遇到这样的问题：
某个方法执行时间特别长，但是它的内部调用很深，我们不知道是哪个部分耗费的时间久。
这时候，就该trace出场了：

trace demo.MathGame primeFactors

我们使用trace跟踪这个方法，可以看到每一次方法内部调用路径信息：

除了调用层级外，我们还能在每次调用前看到当前函数耗费的时间，这对我们进行性能优化是非常有用的。

6. stack打印被调用路径

与上一个方法类似的，我们在项目中，可能会碰到同一个函数被多处调用的情况，stack命令可以为我们展示出调用路径：

stack demo.MathGame primeFactors

arthas还用非常多的实用命令，包括与虚拟机相关的 jvm, dashboard, vmoption,classloader，与线程相关的thread，以及生成火焰图的profiler等等，此处不一一介绍，可以参考arthas官方文档：

arthas命令列表

进阶操作

在快速入门中，我们使用了watch，stack，trace等命令，帮助我们观测程序执行情况，但这些都是被动观测，也就是说，只有等到程序执行到这里时，我们才能看到结果。有些时候，这不是很方便，比如：
1.如果这是个每天凌晨运行的定时任务怎么办？我不可能凌晨守在这里watch！
2.我的程序里在某个静态Map中get了一个key，我们不可能去watch HashMap的get方法，因为程序里有太多get了！（当然这种情况arthas也可以通过ognl有其他处理手段，但这里提供一种更优解）
下面这些命令，可以解决这些场景

1.tt时空隧道

watch命令固然好用，但是他对我们统计历史情况来说，不是很方便，而且使用watch需要我们提前想好要查看的表达式内容，所以我们有了tt这个命令，他可以帮我们记录下每一次调用时，当时的环境信息，并且给每一次调用提供了一个唯一 id，方便我们日后跟踪和replay。
使用起来很简单：

tt -t demo.MathGame primeFactors

可以看出，tt命令为我们记录下了每次请求的时间，耗时，是否正常返回，是否有异常等等信息，如果我们要查看详细的信息，可以使用 -i参数加index来查询，-s参数加ognl表达式来进行搜索，使用-play参数重新运行此请求，使用-w通过ognl表达式进行操作等等，此处不再赘述，可以参考官方文档。

2.getstatic查看静态属性

getstatic命令可以让我们直接查看某个类的静态成员，使用起来非常简单：

getstatic demo.MathGame random

3.调用静态方法

除了查看静态成员外，我们还可以通过ognl表达式来调用静态方法：

ognl '@System@out.println("haha")'

@代表这是一个静态成员，上例中，我们调用了System.out.println这个静态方法：

当然，由于这个方法没有返回值，我们无法在这里看到任何结果，但是这个调用方法，一样可以应用在我们项目中的其他静态方法上。

讲到这里，你的脑子里肯定会提出问题：你这说了半天，全是静态成员和静态方法啊！我如果想调用一个非静态方法怎么办？现在都是Spring项目，我想调用一个Controller或者service的方法怎么办？我想看一个Autowired进来的变量怎么办？balabalaba…

别急，下边这部分就是为你准备的

高阶操作

1. 调用由spring管理的类的方法

我们知道，我们在Spring项目中，注入的所有bean，都是由springContext进行管理的，也就是说，只要拿到springContext这个对象，我们就能通过它get到我们想要的实例，并调用其中的方法，或查看其成员，为所欲为。
问题是如何拿到这个springContext。学习过springmvc的同学一定对RequestMappingHandlerAdapter这个类不陌生，他可以帮我们的请求找到对应的Handler来处理，而这个类中，就包含我们想要的context对象。

首先，使用tt对其进行跟踪,并从页面请求一次这个服务的任意接口：

tt -t org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.RequestMappingHandlerAdapter invokeHandlerMethod

可以看到我们成功的记录到了这次请求，接下来，我们通过-w参数，执行ognl来获取context：

tt -i 1000 -w 'target.getApplicationContext()'

如图，我们成功获取了context对象，接下来，我们可以直接调用getBean方法，获取我们的service，并执行他的queryExample方法：

tt -i 1000 -w 'target.getApplicationContext().getBean("msgServiceImpl").queryExample("test")'

遗憾的是，执行失败了。执行结果提示出现了空指针异常，跟踪arthas的日志发现，原因是我们这个queryExample内部依赖了一个mybatis的mapper对象进行sql查询，而这个对象现在是空的，并没有被注入进来，调用时必然空指针了，所以我们的表达式需要写的再复杂一些：

tt -i 1000 -w '#mapper=target.getApplicationContext().getBean("msgNotifyMapper"),#service=target.getApplicationContext().getBean("msgServiceImpl"),#service.msgNotifyMapper=#mapper,#service.queryExample("test")'

可能看到这里你会有些晕，不要慌，我们拆开看：

tt -i 1000 -w
'
//获得Mapper对象的bean
#mapper=target.getApplicationContext().getBean("msgNotifyMapper"),
//获得service对象的bean
#service=target.getApplicationContext().getBean("msgServiceImpl"),
//将service中的mapper对象赋值为我们刚获得的mapper bean
#service.msgNotifyMapper=#mapper,
//调用query方法
#service.queryExample("test")
'

这样，我们就能成功的调用queryExample方法！可以看出，使用ognl，我们可以完成更多复杂的逻辑，也就能根据我们的需求，做出更细致的操作～但有时候，我们靠这样的方法还是不能够准确定位问题，我们需要把线上的代码按我们的需求做一些调整，比如修改某个判断条件，添加一行日志，调整循环的次数等等，这时候，我们可以借助更多命令，来实时热部署线上代码。

2. 实时修改线上代码

在开头，我们学习过jad的使用，但那时，我们只是把源码反编译并展示在屏幕上，
实际上，我们可以将它保存成java文件，就和linux命令一样：

jad --source-only demo.MathGame > /Users/sunyuhan/tmpFile/MathGame.java

我们将源码保存下来后，就可以使用vim或者下载下来进行编辑了，编辑后，使用mc命令内存编译回class：

mc /Users/sunyuhan/tmpFile/MathGame.java -d /Users/sunyuhan/tmpFile/MathGame.class

最后，重点来了，使用retransform命令，将这个class替换掉jvm中正在运行的class：

retransform /Users/sunyuhan/tmpFile/MathGame.class/demo/MathGame.class

无需中断项目，就可以完成代码的热部署！

最后，还是有一些需要注意的点，虽然retransform非常实用，但是我仍然不建议你在生产环境这样做，没有走标准的测试流程，生产环境的代码不应当被随意的改变，这是一个非常危险的操作！并且由于我们是在jvm层面做的调整，在你重启整个项目后，重新从部署的包中加载内容回jvm，仍然是旧的内容，除非我们将这些jar中的class也进行替换。

参考文献：

[1].arthas官方文档 https://arthas.aliyun.com/doc/index.html
[2].ognl官方文档 https://commons.apache.org/proper/commons-ognl/language-guide.html
[3].arthas项目github https://github.com/alibaba/arthas/issues/71