Java 平台调试架构JPDA

转载自 Java-JPDA 概述

JPDA：Java 平台调试架构（Java Platform Debugger Architecture）

它是 Java 虚拟机为调试和监控虚拟机专门提供的一套接口。

一、JPDA

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/jpda/

JPDA 由三个规范组成：JVMTI（JVM Tool Interface）、JDWP（Java Debug Wire Protocol）、JDI（Java Debug Interface）

这三个规范的层次由低到高分别是 JVMTI、JDWP、JDI

这三个规范把调试过程分解成几个概念：调试者（debugger）、被调试者（debuggee）、以及它们中间的通信器

关系和作用如下图：

JPDA 被抽象为三层实现。其中 JVMTI 是 JVM 对外暴露的接口。JDI 是实现了 JDWP 通信协议的客户端，调试器通过它和 JVM 中被调试程序通信。

模块	层次	编程语言	作用
JVMTI	底层	C	获取及控制当前虚拟机状态
JDWP	中介层	C	定义 JVMTI 和 JDI 交互的数据格式
JDI	高层	Java	提供 Java API 来远程控制被调试虚拟机

二、JVMTI

https://juejin.im/post/5b029fcef265da0b83370da0

JVMTI（Java Virtual Machine Tool Interface）即指 Java 虚拟机工具接口，它是一套由虚拟机直接提供的 native 接口，它处于整个 JPDA 体系的最底层，所有调试功能本质上都需要通过 JVMTI 来提供。

通过这些接口，开发人员不仅调试在该虚拟机上运行的 Java 程序，还能查看它们运行的状态，设置回调函数，控制某些环境变量，从而优化程序性能。

1.定义及原理

JVMTI 本质上是在 JVM 内部的许多事件进行了埋点。通过这些埋点可以给外部提供当前上下文的一些信息。甚至可以接受外部的命令来改变下一步的动作。

外部程序一般利用C/C++实现一个JVMTIAgent，在Agent里面注册一些JVM事件的回调。当事件发生时JVMTI调用这些回调方法。Agent可以在回调方法里面实现自己的逻辑。JVMTIAgent是以动态链接库的形式被虚拟机加载的。

2.历史

JVMTI 的前身是 JVMDI（Java Virtual Machine Profiler Interface）和 JVMPI（Java Virtual Machine Debug Interface），它们原来分别被用于提供调试 Java 程序以及 Java 程序调节性能的功能。

在 J2SE 5.0 之后 JDK 取代了JVMDI 和 JVMPI 这两套接口，JVMDI 在最新的 Java SE 6 中已经不提供支持，而 JVMPI 也计划在 Java SE 7 后被彻底取代。

3.功能

JVMTI 处于整个 JPDA 体系的最底层，所有调试功能本质上都需要通过 JVMTI 来提供。

从大的方面来说，JVMTI 提供了可用于 debug 和 profiler 的接口；同时，在 Java 5/6 中，虚拟机接口也增加了监听（Monitoring），线程分析（Thread analysis）以及覆盖率分析（Coverage Analysis）等功能。

从小的方面来说包含了虚拟机中线程、内存、堆、栈、类、方法、变量，事件、定时器处理等等诸多功能。具体可以参考 oracle 的文档。

通过这些接口，开发人员不仅可以调试在该虚拟机上运行的 Java 程序，还能查看它们运行的状态，设置回调函数，控制某些环境变量，从而优化程序性能。

4.实现

JVMTI 并不一定在所有的 Java 虚拟机上都有实现，不同的虚拟机的实现也不尽相同。不过在一些主流的虚拟机中，比如 Sun 和 IBM，以及一些开源的如 Apache Harmony DRLVM 中，都提供了标准 JVMTI 实现。

三、JDWP

JDWP（Java Debug Wire Protocol）是一个为 Java 调试而设计的一个通讯交互协议，它定义了调试器和被调试程序之间传递的信息的格式。

在 JPDA 体系中，作为前端（front-end）的调试者（debugger）进程和后端（back-end）的被调试程序（debuggee）进程之间的交互数据的格式就是由 JDWP 来描述的，它详细完整地定义了请求命令、回应数据和错误代码，保证了前端和后端的 JVMTI 和 JDI 的通信通畅。

比如在 Sun 公司提供的实现中，它提供了一个名为 jdwp.dll（jdwp.so）的动态链接库文件，这个动态库文件实现了一个 Agent，它会负责解析前端发出的请求或者命令，并将其转化为 JVMTI 调用，然后将 JVMTI 函数的返回值封装成 JDWP 数据发还给后端。

另外，这里需要注意的是 JDWP 本身并不包括传输层的实现，传输层需要独立实现，但是 JDWP 包括了和传输层交互的严格的定义，就是说，JDWP 协议虽然不规定我们是通过 EMS 还是快递运送货物的，但是它规定了我们传送的货物的摆放的方式。

在 Sun 公司提供的 JDK 中，在传输层上，它提供了 socket 方式，以及在 Windows 上的 shared memory 方式。当然，传输层本身无非就是本机内进程间通信方式和远端通信方式，用户有兴趣也可以按 JDWP 的标准自己实现。

四、JDI

JDI（Java Debug Interface）是三个模块中最高层的接口，在多数的 JDK 中，它是由 Java 语言实现的。

JDI 由针对前端定义的接口组成，通过它，调试工具开发人员就能通过前端虚拟机上的调试器来远程操控后端虚拟机上被调试程序的运行，JDI 不仅能帮助开发人员格式化 JDWP 数据，而且还能为 JDWP 数据传输提供队列、缓存等优化服务。

从理论上说，开发人员只需使用 JDWP 和 JVMTI 即可支持跨平台的远程调试，但是直接编写 JDWP 程序费时费力，而且效率不高。因此基于 Java 的 JDI 层的引入，简化了操作，提高了开发人员开发调试程序的效率。

https://blog.csdn.net/duqi_2009/article/details/94518203

https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-jpda1