1 簡介
Arthas 是Alibaba開源的Java診斷工具，深受開發者喜愛
當你遇到以下類似問題而束手無策時，Arthas可以幫助你解決：
- 這個類從哪個 jar 包加載的？為什么會報各種類相關的 Exception？
- 我改的代碼為什么沒有執行到？難道是我沒 commit？分支搞錯了？
- 遇到問題無法在線上 debug，難道只能通過加日志再重新發布嗎？
- 線上遇到某個用戶的數據處理有問題，但線上同樣無法 debug，線下無法重現！
- 是否有一個全局視角來查看系統的運行狀況？
- 有什么辦法可以監控到JVM的實時運行狀態？
Arthas支持JDK 6+，支持Linux/Mac/Winodws，采用命令行交互模式，同時提供豐富的 Tab 自動補全功能，進一步方便進行問題的定位和診斷
2 主要功能
Arthas提供的功能主要可以分為以下3個方面：
- (1) 信息監控
- 進程運行基本信息：內存、CPU占用、線程信息、線程堆棧、線程數統計、環境變量信息
- 對象信息：類對象靜態屬性、 Mbean 的屬性信息、已加載類信息、類加載器、類方法信息
- (2) 方法調用
- 方法調用入參、返回值查看
- 方法被調用的調用路徑、調用耗時、方法調用次數、成功次數、失敗次數等統計
- 記錄和重做方法調用
- (3) 類文件處理
- dump已加載類的字節碼、字節碼反編譯、類編譯、類重新熱加載
3 安裝和使用
3.1 安裝
下載arthas-boot.jar，然后用java -jar的方式啟動：
wget https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar
java -jar arthas-boot.jar
然后輸入進程對應編號，進入Arthas的命令交互界面即可使用：
打印幫助信息：
java -jar arthas-boot.jar -h
3.2 使用
下面介紹Arthas的一些常用的命令和用法和原理，看看是如何解決我們實際中的問題的，命令詳情可以參考Arthas的官方文檔
(1) 整體dashboard數據
在arthas的命令行界面，輸入dashboard命令，會實時展示當前tomcat的多線程狀態、JVM各區域、GC情況等信息
(2) 查看線程監控
輸入thread命令，會顯示所有線程的狀態信息
輸入thread -n 3會顯示當前最忙的3個線程，可以用來排查線程CPU消耗
輸入thread -b 會顯示當前處於BLOCKED狀態的線程，可以排查線程鎖的問題
(3) JVM監控
輸入jvm命令，查看jvm詳細的性能數據
(4) 觀察方法參數、返回值
有時排查問題中我們需要查看參數，返回值，通常的需要加日志打印，比較繁瑣，基於watch命令我們可以很方便做到這一切
$ watch demo.MathGame primeFactors "{params,returnObj}" -x 2
Press Ctrl+C to abort.
Affect(class-cnt:1 , method-cnt:1) cost in 44 ms.
ts=2018-12-03 19:16:51; [cost=1.280502ms] result=@ArrayList[
@Object[][
@Integer[535629513],
],
@ArrayList[
@Integer[3],
@Integer[19],
@Integer[191],
@Integer[49199],
],
]
(5) 觀察方法調用路徑，耗時詳情
有時會遇到服務卡頓，想排查到底哪個步驟耗時比較久，通常做法是加日志，使用trace命令可以很方便解決這個問題：
$ trace demo.MathGame run
Press Ctrl+C to abort.
Affect(class-cnt:1 , method-cnt:1) cost in 42 ms.
`---ts=2018-12-04 00:44:17;thread_name=main;id=1;is_daemon=false;priority=5;TCCL=sun.misc.Launcher$AppClassLoader@3d4eac69
`---[10.611029ms] demo.MathGame:run()
+---[0.05638ms] java.util.Random:nextInt()
+---[10.036885ms] demo.MathGame:primeFactors()
`---[0.170316ms] demo.MathGame:print()
4 實現原理
整體宏觀模塊調用圖如下：
篇幅原因，下面對其其中涉及的比較核心的2個原理進行簡單介紹：
(1) 信息監控、類文件處理
JDK提供的JMX(Java Management Extensions Java管理擴展，是一個為應用程序植入管理功能的框架)，JMX管理管理了一系列MBean對象，Arthas正是基於這些MBean對象實現內存、GC、類加載信息、JVM信息監控
(2) 方法調用
從JDK5之后，引入了java.lang.Instrument，程序員通過修改方法的字節碼實現動態修改類代碼。在代理類的方法中的參數中，就有Instrumentation inst實例。通過該實例，我們可以調用Instrumentation提供的各種接口。比如調用inst.getAllLoadedClasses()得到所有已經加載過的類。調用inst.addTransformer(new SdlTransformer(), true)新增轉換器。調用inst.retransformClasses(Class cls)，向JVM發起重轉換請求
Arthas使用ASM生成增強后的類的字節碼，增強的功能包括方法調用入參、返回值查看、方法調用統計、方法調用記錄和重做，再基於JDK提供的Instrumentation接口對方法進行增加和轉換
5 實戰案例
Arthas官方文檔提供了許多用戶案例，下面介紹幾個比較有意思的案例：
(1) 排查應用奇怪日志來源
案例詳情
服務應用運行中有時會出現一些奇怪日志，排查定位這些日志的來源比較麻煩
通過修改StringBuilder的實現代碼打印出日志的調用堆棧信息，編譯生成StringBuilder.clss，再基於Arthas提供的redefine命令修改應用中使用的StringBuilder的實際使用字節碼
(2) 排查SpringBoot應用401/404問題
案例詳情
頁面訪問返回401/404，碰到這種問題時，通常很頭痛，特別是在線上環境時
通過Arthas提供的trace命令，打印出頁面訪問時的完整請求樹，定位出具體哪個Servlet返回404
$ trace javax.servlet.Servlet *
Press Ctrl+C to abort.
Affect(class-cnt:7 , method-cnt:185) cost in 1018 ms.
通過trace命令，trace對象是javax.servlet.Filter定位具體哪個Filter攔截請求定位返回401的問題來源
$ trace javax.servlet.Filter *
Press Ctrl+C to abort.
Affect(class-cnt:13 , method-cnt:75) cost in 278 ms.
(3) 線上代碼熱更新
案例詳情
有時為了快速驗證線上問題的修復方案，或者為了快速測試，我們需要熱更新代碼
Arthas提供的解決步驟如下
- 步驟1 jad命令反編譯代碼
- 步驟2 文本編輯器修改代碼
- 步驟3 sc命令查找代碼所在類的ClassLoader
- 步驟4 mc命令指定ClassLoader編譯代碼
- 步驟5 redefine命令熱更新代碼
參考
解密阿里線上問題診斷工具Arthas和jvm-sandbox
