java用BTrace实现在线动态诊断

这篇文章主要讲解了“java用BTrace实现在线动态诊断”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“java用BTrace实现在线动态诊断”吧！一句话概括：BTrace是一个是强大的java线上应用检测工具（动态追踪工具），可以在不修改应用代码，不停应用服务的前提下检测代码运行情况，进而诊断问题，是生产环境下必备神器，本文将对它的使用进行讲解。BTrace是一款开源软件，github地址为：https://github.com/btraceio/btrace，官网的介绍是BTrace is a safe, dynamic tracing tool for the Java platform.，它是安全的动态追踪java应用的工具，即可以动态地向目标应用的字节码注入追踪代码。何为动态？我们都知道，即在java应用启动的时候会把class文件加载到JVM运行，此时class代码功能是确定、静态的（无法变更），要想修改，只能是修改代码，重新编译、部署、启动。而在处理线上应用时，我们经常需要查看代码运行情况，参数值、返回值查看，或者添加自己需要调试的日志等，在开发阶段，添加日志，重新启动没有问题，但在生产环境就不适用了（生产环境一般不轻易关停服务，而且即使可以重启，可能发生问题的现场就破坏了，无法重现问题），那么是否有方法在java应用运行期间，不重启程序的情况，动态加入自己想要监测（追踪）的内容？Btrace就是这样一个动态追踪神器，可以在不用重启的情况下监控应用运行情况，可以获取程序运行时的数据信息，如方法参数、返回值、全局变量和堆栈信息等。本文就是对BTrace进行运行原理和使用进行描述。BTrace是基于java的动态追踪技术来实现的。对于java开发人员，都清楚java程序的开发流程是写java代码，把它编译为class文件，然后在JVM中加载class运行。若此时想要在不停止应用的情况下对class进行修改来添加追踪内容，如在某个方法(method)中添加输出信息，主要是两件事情：(1)修改已经加载到JVM中的class，添加自定义输出(2)替换运行在JVM`中的class第一步，修改，由于JVM运行的都是class文件，是不是可以直接修改字节码class文件就行了（当然，字节码文件的可读性远远没有Java代码高），但是已经有相应的框架可以做这件事，就是ASM，利用这框架，可以直接编辑字节码的框架，它也提供接口可以让我们方便地操作字节码文件，进行注入修改类的方法，动态创造一个新的类等等。Spring就是使用这种技术来实现动态代理的。第二步，替换，如果对它进行替换，则需要用到java提供的java.lang.instrument.Instrumentation，它有两个接口redefineClasses和retransformClasses，redefineClasses是自己提供字节码文件替换掉已存在的class文件，retransformClasses是在已存在的字节码文件上修改后再替换。不过需要注意的是instrument的使用有限制的（不能添加、修改、删除已经有字段和方法，不能改变方法签名，改变继承属性等）：BTrace就是基于前面的技术来实现的，文章《Java动态追踪技术探究》（https://mp.weixin.qq.com/s/_hSaI5yMvPTWxvFgl-UItA）对动态追踪技术进行了详细说明，下面简要说明一下。BTrace脚本：利用BTrace定义的注解，我们可以很方便地根据需要进行脚本的开发。Compiler：将BTrace脚本编译成BTrace class文件。Client：将class文件发送到Agent。Agent：基于Java的Attach API，Agent可以动态附着到一个运行的JVM上，然后开启一个BTrace Server，接收client发过来的BTrace脚本；解析脚本，然后根据脚本中的规则找到要修改的类；修改字节码后，调用Java Instrument的retransform接口，完成对对象行为的修改并使之生效。运行流程图如下：跟java源码一样，先编写Btrace脚本（也是java文件），编译（compiler），通过client发送给agent，agent通过attach api添加到JVM并启动agent server来接收client发送过来的内容，然后底层是使用ASM修改字节码文件，之后使用Java Instrument的retransform接口替换修改后的class文件，运行后的输出再通过agent发送到client进行显示。知道了BTrace的运行原理，现在可以安装实践一下。本文用的示例还是java-monitor-example。BTrace的安装很简单，开箱即用。下载地址（当前最新版本是[v1.3.11.3]）：https://github.com/btraceio/btrace/releases解压到需要监测的java应用所在服务器中btrace的命令在bin目录 下若需要在任意目录可执行，需要把btrace设置到环境变量中(export)基本上，BTrace只适用于动态追踪类的输出信息，不能添加属性、删除方法，修改继承等，这跟前面提到的Instrument的限制是一致的。一般来说，使用Btrace进行线上应用监测，基于都属于日志输出类，多数包括以下几大场景：查看某一个方法中入参和返回值查看某一个方法的响应时间查看某行代码是否有执行到打印系统参数或JVM启动参数打印方法调用的线程堆栈出现异常时打印出现异常信息Btrace作为一个独立运行的工具，默认只能在本地运行，也就是说，想要监测哪个正在运行的java应用，就需要把它解压到对应的服务器。本示例中运行的是java-monitor-example作为需要监测的java应用，然后就是根据监测业务需求，写脚本，运行脚本，查看输出了。Btrace的脚本与编写java代码无异，不过相对简单很多，主要是使用Btrace提供的注解和BTraceUtils，注解用于告诉Btrace需要拦截的类、拦截时机、拦截 香港云主机位置等，BTraceUtils用于提供打印输出种信息的功能。如官网给出的示例如下：以上代码，表示，会拦截所有调用以javax.swing开头的方法，然后打印出类名和方法名。可以注意到注解有@BTrace、@OnMethod、@ProbeClassName，@ProbeMethodName，而print，println是BTraceUtils提供的静态方法。BTraceUtils还提供了很多打印方法(后面示例会提到)。另外，还要注意的是跟踪操作都需要在静态方法体内指定，因此都需要static方法。另外，关于BTrace提供的注解，详细可以参考官方文档（https://github.com/btraceio/btrace/wiki/BTrace-Annotations）。主要包括以下：其中，@OnMethod用得比较多，需要重点说明一下，它主要是三个属性clazz，method和location。clazz：类的全路径名，如me.mason.monitor.controller.UserControllermethod：要监测的方法名，如getUserslocation：拦截时机，使用@Location注解。@Location又有以下几种：Kind.ENTRY：在进入方法时调用Kind.RETURN：方法执行完时调用，只有把拦截位置定义为Kind.RETURN，才能获取方法的返回结果@Return和执行时间@DurationKind.CALL：方法中调用其它方法时调用Kind.LINE：通过设置line，可以监控代码是否执行到指定的位置Kind.ERROR, Kind.THROW, Kind.CATCH：异常情况的跟踪建议还是使用java的maven项目的开发环境进行编写，可以使用代码提示功能。写好后再放到对应需要监测的服务器中。不过编辑时需要引用对应的jar包(btrace-agent,btrace-boot,btrace-client)，对应的jar在下载的安装下的build目录下。通过pom.xml引入即可使用。如下所示：打印帮助信息如下：一般来说，在服务器上，直接是btrace PID btraceFile.java，然后查看输出（也可以把内容输出到文件中再查看，如btrace PID btraceFile.java > info.txt）。如果有使用到特定的jar包，则需要把参数cp或classpath加上。如下示例是把调用方法的返回值进行输出：下面通过几个常用的示例来说明一下BTrace脚本的使用，脚本在示例工程java-monitor-example中的btrace目录下。java-monitor-example中，分别是一个controller和service，有如下方法定义，下面会根据这些方法进行动态追踪。打印调用方法时的参数(调用UserController的getUsers方法时打印)打印调用方法时的返回值执行到的行数(查看是否执行到UserService的39行)执行方法的用时(UserController的getUsers方法用时多长)类似JDK的命令行工具jinfo，另外jmap及jstatck可查询官方示例。java开发人员应该都知道，java的异常分为Error和Exception，而它们都是Throwable的子类，即java中所有异常的父类都Throwable，因此追踪这个的构造函数，然后把堆栈打印出来即可。如下：BTrace对JVM来说是“只读的”，BTrace要做的是，虽然修改了字节码，但是主要是输出需要的信息，对整个程序的正常运行并没有影响。需要注意的是，由于是动态替换class文件，被修改的字节码是不会自动还原的。官方文档也有说明，BTrace脚本会有以下限制：不允许创建对象不允许创建数组不允许抛异常不允许catch异常不允许随意调用其他对象或者类的方法，只允许调用com.sun.btrace.BTraceUtils中提供的静态方法（一些数据处理和信息输出工具）不允许改变类的属性不允许有成员变量和方法，只允许存在static public void方法不允许有内部类、嵌套类不允许有同步方法和同步块不允许有循环不允许随意继承其他类（当然，java.lang.Object除外）不允许实现接口不允许使用assert不允许使用Class对象搭建使用java的maven项目的开发环境进行脚本编写，引入相应的jar，以提供代码提示功能。查看官方提供的例子，在下载包中已提供例子，位置：btrace-bin-1.3.11.3samples目录BTrace脚本中追踪的输入参数，返回值类型是简单类型直接使用（如int ,float等），复杂类型可以使用AnyType，但如果是使用自定义包中的类型（如User），则需要运行脚本时添加cp或classpath参数，指定自定义包。一般简单类型或字符串，直接使用print或println，打印对象属性可使用printFields，打印List，可以使用BTraceUtils.println(BTraceUtils.str(list))在探查方法的最后一行打印分隔，强烈建议。可能是由于输出有缓冲区延迟，如果不输出分隔，有可能会无法输出或者输出后内容没有分隔。分隔可使用BTraceUtils.println或BTraceUtils.println("============")。对于线上的java应用，如果想不停服务进行日志输出来诊断问题，动态追踪技术是必不可少的技术，而Btrace是使用此技术来实现动态追踪的有力工具。本文从Btrace的运行原理、安装、适用场景、脚本编写、运行等方面进行了详细描述，希望可以帮助大家加深Btrace的了解，更方便、有效率地解决线上问题。感谢各位的阅读，以上就是“java用BTrace实现在线动态诊断”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对java用BTrace实现在线动态诊断这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是开发云，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！

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