JVM——Java诊断工具Arthas
2024-04-21 15:36:52
摘要
Arthas 是一款线上监控诊断产品，通过全局视角实时查看应用 load、内存、gc、线程的状态信息，并能在不修改应用代码的情况下，对业务问题进行诊断，包括查看方法调用的出入参、异常，监测方法执行耗时，类加载信息等，大大提升线上问题排查效率。
- 通常，本地开发环境无法访问生产环境。如果在生产环境中遇到问题，则无法使用 IDE 远程调试。更糟糕的是，在生产环境中调试是不可接受的，因为它会暂停所有线程，导致服务暂停。
- 开发人员可以尝试在测试环境或者预发环境中复现生产环境中的问题。但是，某些问题无法在不同的环境中轻松复现，甚至在重新启动后就消失了。
- 如果您正在考虑在代码中添加一些日志以帮助解决问题，您将必须经历以下阶段：测试、预发，然后生产。这种方法效率低下，更糟糕的是，该问题可能无法解决，因为一旦 JVM 重新启动，它可能无法复现，如上文所述。
Arthas 旨在解决这些问题。开发人员可以在线解决生产问题。无需 JVM 重启，无需代码更改。 Arthas 作为观察者永远不会暂停正在运行的线程。
当你遇到以下类似问题而束手无策时，Arthas 可以帮助你解决：
- 这个类从哪个 jar 包加载的？为什么会报各种类相关的 Exception？
- 我改的代码为什么没有执行到？难道是我没 commit？分支搞错了？
- 遇到问题无法在线上 debug，难道只能通过加日志再重新发布吗？
- 线上遇到某个用户的数据处理有问题，但线上同样无法 debug，线下无法重现！
- 是否有一个全局视角来查看系统的运行状况？
- 有什么办法可以监控到JVM的实时运行状态？
一、Arthas简介
- greys-anatomy: Arthas代码基于Greys二次开发而来，非常感谢Greys之前所有的工作，以及Greys原作者对Arthas提出的意见和建议！
- termd: Arthas的命令行实现基于termd开发，是一款优秀的命令行程序开发框架，感谢termd提供了优秀的框架。
- crash: Arthas的文本渲染功能基于crash中的文本渲染功能开发，可以从这里看到源码，感谢crash在这方面所做的优秀工作。
- cli: Arthas的命令行界面基于vert.x提供的cli库进行开发，感谢vert.x在这方面做的优秀工作。
- compiler: Arthas里的内存编绎器代码来源
- Apache Commons Net: Arthas里的Telnet Client代码来源
- JavaAgent：运行在 main方法之前的拦截器，它内定的方法名叫 premain ，也就是说先执行 premain 方法然后再执行 main 方法
- ASM：一个通用的Java字节码操作和分析框架。它可以用于修改现有的类或直接以二进制形式动态生成类。ASM提供了一些常见的字节码转换和分析算法，可以从它们构建定制的复杂转换和代码分析工具。ASM提供了与其他Java字节码框架类似的功能，但是主要关注性能。因为它被设计和实现得尽可能小和快，所以非常适合在动态系统中使用(当然也可以以静态方式使用，例如在编译器中)
二、Arthas快速入门
2.1 Arthas快速测试
# 下载arthas
curl -O https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar# 启动arthas
java -jar arthas-boot.jar
------------------------------------------------------------------------------------------执行该程序的用户需要和目标进程具有相同的权限。比如以admin用户来执行：sudo su admin && java -jar arthas-boot.jar 或 sudo -u admin -EH java -jar arthas-boot.jar。如果 attach 不上目标进程，可以查看~/logs/arthas/ 目录下的日志。如果下载速度比较慢，可以使用 aliyun 的镜像：java -jar arthas-boot.jar --repo-mirror aliyun --use-httpjava -jar arthas-boot.jar -h 打印更多参数信息。启动 math-gamecurl -O https://arthas.aliyun.com/math-game.jar
java -jar math-game.jarmath-game是一个简单的程序，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。
选择应用 java 进程：$ $ java -jar arthas-boot.jar
* [1]: 35542[2]: 71560 math-game.jar
math-game进程是第 2 个，则输入 2，再输入回车/enter。Arthas 会 attach 到目标进程上，并输出日志：[INFO] Try to attach process 71560
[INFO] Attach process 71560 success.
[INFO] arthas-client connect 127.0.0.1 3658,---. ,------. ,--------.,--. ,--. ,---. ,---./ O \ | .--. ''--. .--'| '--' | / O \ ' .-'
| .-. || '--'.' | | | .--. || .-. |`. `-.
| | | || |\ \ | | | | | || | | |.-' |
`--' `--'`--' '--' `--' `--' `--'`--' `--'`-----'wiki: https://arthas.aliyun.com/doc
version: 3.0.5.20181127201536
pid: 71560
time: 2018-11-28 19:16:24$
2.2 查看 dashboard
输入dashboard，按回车/enter，会展示当前进程的信息，按ctrl+c可以中断执行。$ dashboard
ID NAME GROUP PRIORI STATE %CPU TIME INTERRU DAEMON
17 pool-2-thread-1 system 5 WAITIN 67 0:0 false false
27 Timer-for-arthas-dashb system 10 RUNNAB 32 0:0 false true
11 AsyncAppender-Worker-a system 9 WAITIN 0 0:0 false true
9 Attach Listener system 9 RUNNAB 0 0:0 false true
3 Finalizer system 8 WAITIN 0 0:0 false true
2 Reference Handler system 10 WAITIN 0 0:0 false true
4 Signal Dispatcher system 9 RUNNAB 0 0:0 false true
26 as-command-execute-dae system 10 TIMED_ 0 0:0 false true
13 job-timeout system 9 TIMED_ 0 0:0 false true
1 main main 5 TIMED_ 0 0:0 false false
14 nioEventLoopGroup-2-1 system 10 RUNNAB 0 0:0 false false
18 nioEventLoopGroup-2-2 system 10 RUNNAB 0 0:0 false false
23 nioEventLoopGroup-2-3 system 10 RUNNAB 0 0:0 false false
15 nioEventLoopGroup-3-1 system 10 RUNNAB 0 0:0 false false
Memory used total max usage GC
heap 32M 155M 1820M 1.77% gc.ps_scavenge.count 4
ps_eden_space 14M 65M 672M 2.21% gc.ps_scavenge.time(m 166
ps_survivor_space 4M 5M 5M s)
ps_old_gen 12M 85M 1365M 0.91% gc.ps_marksweep.count 0
nonheap 20M 23M -1 gc.ps_marksweep.time( 0
code_cache 3M 5M 240M 1.32% ms)
Runtime
os.name Mac OS X
os.version 10.13.4
java.version 1.8.0_162
java.home /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_162.jdk/Contents/Home/jre
2.3 通过 thread 命令来获取到math-game进程的 Main Class
thread 1会打印线程 ID 1 的栈，通常是 main 函数的线程。$ thread 1 | grep 'main('at demo.MathGame.main(MathGame.java:17)
2.4 通过 jad 来反编译 Main Class
$ jad demo.MathGameClassLoader:
+-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@3d4eac69+-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66350f69Location:
/tmp/math-game.jar/** Decompiled with CFR 0_132.*/
package demo;import java.io.PrintStream;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.TimeUnit;public class MathGame {private static Random random = new Random();private int illegalArgumentCount = 0;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();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 + "=");Iterator<Integer> iterator = primeFactors.iterator();while (iterator.hasNext()) {int factor = iterator.next();sb.append(factor).append('*');}if (sb.charAt(sb.length() - 1) == '*') {sb.deleteCharAt(sb.length() - 1);}System.out.println(sb);}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;}
}Affect(row-cnt:1) cost in 970 ms.
2.5 watch命令
通过watch命令来查看demo.MathGame#primeFactors函数的返回值：
$ watch demo.MathGame primeFactors returnObj
Press Ctrl+C to abort.
Affect(class-cnt:1 , method-cnt:1) cost in 107 ms.
ts=2018-11-28 19:22:30; [cost=1.715367ms] result=null
ts=2018-11-28 19:22:31; [cost=0.185203ms] result=null
ts=2018-11-28 19:22:32; [cost=19.012416ms] result=@ArrayList[@Integer[5],@Integer[47],@Integer[2675531],
]
ts=2018-11-28 19:22:33; [cost=0.311395ms] result=@ArrayList[@Integer[2],@Integer[5],@Integer[317],@Integer[503],@Integer[887],
]
ts=2018-11-28 19:22:34; [cost=10.136007ms] result=@ArrayList[@Integer[2],@Integer[2],@Integer[3],@Integer[3],@Integer[31],@Integer[717593],
]
ts=2018-11-28 19:22:35; [cost=29.969732ms] result=@ArrayList[@Integer[5],@Integer[29],@Integer[7651739],
]
2.6 退出 arthas
如果只是退出当前的连接，可以用quit或者exit命令。Attach 到目标进程上的 arthas 还会继续运行，端口会保持开放，下次连接时可以直接连接上。如果想完全退出 arthas，可以执行stop命令。
三、arthas命令
3.1 jvm 相关
- dashboard - 当前系统的实时数据面板
- getstatic - 查看类的静态属性
- heapdump - dump java heap, 类似 jmap 命令的 heap dump 功能
- jvm - 查看当前 JVM 的信息
- logger - 查看和修改 logger
- mbean - 查看 Mbean 的信息
- memory - 查看 JVM 的内存信息
- ognl - 执行 ognl 表达式
- perfcounter - 查看当前 JVM 的 Perf Counter 信息
- sysenv - 查看 JVM 的环境变量
- sysprop - 查看和修改 JVM 的系统属性
- thread - 查看当前 JVM 的线程堆栈信息
- vmoption - 查看和修改 JVM 里诊断相关的 option
- vmtool - 从 jvm 里查询对象，执行 forceGc
3.2 class/classloader 相关
- classloader - 查看 classloader 的继承树，urls，类加载信息，使用 classloader 去 getResource
- dump - dump 已加载类的 byte code 到特定目录
- jad - 反编译指定已加载类的源码
- mc - 内存编译器，内存编译
.java文件为.class文件 - redefine - 加载外部的
.class文件，redefine 到 JVM 里 - retransform - 加载外部的
.class文件，retransform 到 JVM 里 - sc - 查看 JVM 已加载的类信息
- sm - 查看已加载类的方法信息
3.3 monitor/watch/trace 相关
请注意，这些命令，都通过字节码增强技术来实现的，会在指定类的方法中插入一些切面来实现数据统计和观测，因此在线上、预发使用时，请尽量明确需要观测的类、方法以及条件，诊断结束要执行 stop 或将增强过的类执行 reset 命令。
- monitor - 方法执行监控
- stack - 输出当前方法被调用的调用路径
- trace - 方法内部调用路径，并输出方法路径上的每个节点上耗时
- tt - 方法执行数据的时空隧道，记录下指定方法每次调用的入参和返回信息，并能对这些不同的时间下调用进行观测
- watch - 方法执行数据观测
3.4 profiler/火焰图
profiler - 使用async-profiler
- 对应用采样，生成火焰图
- jfr - 动态开启关闭 JFR 记录
3.5 鉴权
- auth - 鉴权
3.6 options
- options - 查看或设置 Arthas 全局开关
3.7 管道
Arthas 支持使用管道对上述命令的结果进行进一步的处理，如sm java.lang.String * | grep 'index'
- grep - 搜索满足条件的结果
- plaintext - 将命令的结果去除 ANSI 颜色
- wc - 按行统计输出结果
3.8 后台异步任务
当线上出现偶发的问题，比如需要 watch 某个条件，而这个条件一天可能才会出现一次时，异步后台任务就派上用场了，详情请参考这里
- 使用
>将结果重写向到日志文件，使用&指定命令是后台运行，session 断开不影响任务执行（生命周期默认为 1 天） - jobs - 列出所有 job
- kill - 强制终止任务
- fg - 将暂停的任务拉到前台执行
- bg - 将暂停的任务放到后台执行
3.9 基础命令
- base64 - base64 编码转换，和 linux 里的 base64 命令类似
- cat - 打印文件内容，和 linux 里的 cat 命令类似
- cls - 清空当前屏幕区域
- echo - 打印参数，和 linux 里的 echo 命令类似
- grep - 匹配查找，和 linux 里的 grep 命令类似
- help - 查看命令帮助信息
- history - 打印命令历史
- keymap - Arthas 快捷键列表及自定义快捷键
- pwd - 返回当前的工作目录，和 linux 命令类似
- quit - 退出当前 Arthas 客户端，其他 Arthas 客户端不受影响
- reset - 重置增强类，将被 Arthas 增强过的类全部还原，Arthas 服务端关闭时会重置所有增强过的类
- session - 查看当前会话的信息
- stop - 关闭 Arthas 服务端，所有 Arthas 客户端全部退出
- tee - 复制标准输入到标准输出和指定的文件，和 linux 里的 tee 命令类似
- version - 输出当前目标 Java 进程所加载的 Arthas 版本号
四、Arthas in Docker
很多时候，应用在 docker 里出现 arthas 无法工作的问题，是因为应用没有安装 JDK ，而是安装了 JRE 。如果只安装了 JRE，则会缺少很多 JAVA 的命令行工具和类库，Arthas 也没办法正常工作。下面介绍两种常见的在 Docker 里使用 JDK 的方式。
4.1 使用公开的 JDK 镜像:
比如： FROM openjdk:8-jdk或者： FROM openjdk:8-jdk-alpine4.2 通过包管理软件来安装
# Install OpenJDK-8
RUN apt-get update && \apt-get install -y openjdk-8-jdk && \apt-get install -y ant && \apt-get clean;# Fix certificate issues
RUN apt-get update && \apt-get install ca-certificates-java && \apt-get clean && \update-ca-certificates -f;# Setup JAVA_HOME -- useful for docker commandline
ENV JAVA_HOME /usr/lib/jvm/java-8-openjdk-amd64/
RUN export JAVA_HOME
-----------------------------------------------------------RUN yum install -y \java-1.8.0-openjdk \java-1.8.0-openjdk-develENV JAVA_HOME /usr/lib/jvm/java-1.8.0-openjdk/
RUN export JAVA_HOME
4.3 通过 Docker 快速入门
删除本地已有的math-game docker container（非必要）$ docker stop math-game || true && docker rm math-game || true启动math-game$ docker run --name math-game -it hengyunabc/arthas:latest /bin/sh -c "java -jar /opt/arthas/math-game.jar"启动arthas-boot来进行诊断$ docker exec -it math-game /bin/sh -c "java -jar /opt/arthas/arthas-boot.jar"
* [1]: 9 jar[INFO] arthas home: /opt/arthas
[INFO] Try to attach process 9
[INFO] Attach process 9 success.
[INFO] arthas-client connect 127.0.0.1 3658
,---. ,------. ,--------.,--. ,--. ,---. ,---.
/ O \ | .--. ''--. .--'| '--' | / O \ ' .-'
| .-. || '--'.' | | | .--. || .-. |`. `-.
| | | || |\ \ | | | | | || | | |.-' |
`--' `--'`--' '--' `--' `--' `--'`--' `--'`-----'wiki: https://arthas.aliyun.com/doc
version: 3.0.5
pid: 9
time: 2018-12-18 11:30:36诊断 Docker 里的 Java 进程docker exec -it ${containerId} /bin/bash -c "wget https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar && java -jar arthas-boot.jar"诊断 k8s 里容器里的 Java 进程kubectl exec -it ${pod} --container ${containerId} -- /bin/bash -c "wget https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar && java -jar arthas-boot.jar"把 Arthas 安装到基础镜像里可以很简单把 Arthas 安装到你的 Docker 镜像里。FROM openjdk:8-jdk-alpine# copy arthas
COPY --from=hengyunabc/arthas:latest /opt/arthas /opt/arthas博文参考
简介 | arthas
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