crash工具解析_6到飞起的Java诊断工具Arthas

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记得前段时间遇到了一个页面加载过长的问题，当时就想排查下在哪一步消耗的时间比较长，由于是线上问题，第一反应就是有没有什么办法可以无侵入式的查询调用链路耗时呢？

这时 Arthas 走进了我的眼帘，并成功帮我定位到了问题，就是这样引起了我对 Arthas 的兴趣，于是花了点时间对 Arthas 作了一个了解。

什么是 Arthas

摘录一段官方 Github 上的简介

Arthas 是Alibaba开源的Java诊断工具，深受开发者喜爱。

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？

Arthas 支持JDK 6+，支持Linux/Mac/Windows，采用命令行交互模式，同时提供丰富的 Tab 自动补全功能，进一步方便进行问题的定位和诊断。

开源地址：https://github.com/alibaba/arthas/

Arthas 基于哪些工具开发而来

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)

工程目录

arthas-agent

：基于JavaAgent技术的代理

bin

：一些启动脚本

arthas-boot

：Java版本的一键安装启动脚本

arthas-client

：telnet client代码

arthas-common

：一些共用的工具类和枚举类

arthas-core

：核心库，各种arthas命令的交互和实现

arthas-demo

：示例代码

arthas-memorycompiler

：内存编绎器代码

arthas-packaging

：maven打包相关的

arthas-site

：arthas站点

arthas-spy

：编织到目标类中的各个切面

static

：静态资源

arthas-testcase

：测试

整体流程

首先我们先放出一张整体宏观的模块调用图，下面我们会按照整个 Arthas 启动流程逐步分析，红色部分本篇文章将不涉及，会在后续文章中单独分析

启动方式介绍

使用 arthas-boot 启动(推荐)

下载 arthas-boot.jar，然后用 java -jar 的方式启动：

wget https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar
           

可以加 -h 参数，打印帮助信息：

java 
           

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-http

使用 as.sh 脚本启动

Arthas 支持在 Linux/Unix/Mac 等平台上一键安装，请复制以下内容，并粘贴到命令行中，敲回车执行即可：

curl -L https://alibaba.github.io/arthas/install.sh | sh
           

上述命令会下载启动脚本文件 as.sh 到当前目录，你可以放在任何地方或将其加入到 $PATH 中。

直接在shell下面执行 

./as.sh

 ，就会进入交互界面。

也可以执行 

./as.sh -h

 来获取更多参数信息。

Arthas 是如何启动的

既然官方推荐用 arthas-boot 启动，那下面我们就一起来看下 arthas-boot 是如何启动的。

首先我们在 arthas-boot 的 pom 文件中找到启动类：

<archive>
           

从pom文件中，我们可以发现arthas-boot的启动类为 

com.taobao.arthas.boot.Bootstrap

，下面我们就去看看 Bootstrap 是如何启动 arthas 的，有兴趣的同学也可以自行看下另外一种启动方式 

as.sh

 。

归然将整个启动的过程全部通过注释在代码中体现出来了，所以：

以下代码超级长，慎入！

以下代码超级长，慎入！

以下代码超级长，慎入！

到此，Arthas 的启动流程就结束了，在这其中，我们发现了两个关键的 jar 包，arthas-core 和 arthas-agent，那么这两个jar又做了什么事情呢，咱们继续往下走，想要了解这两个jar包的作用，首先我们要先普及一个知识点——Java探针。

Java探针

Java探针主要涉及两个知识点：

JavaAgent

JavaAgent 是一种能够在不影响正常编译的情况下，修改字节码的技术。java作为一种强类型的语言，不通过编译就不能能够进行jar包的生成。

有了 JavaAgent 技术，就可以在字节码这个层面对类和方法进行修改。也可以把 JavaAgent 理解成一种代码注入的方式，但是这种注入比起 Spring的 AOP 更加的优美。

从JDK6开始，有两种代理方式：

• 通过命令行(-javaagent)的形式在应用程序启动前处理(premain方式)
• 在应用程序启动后的某个时机处理(agentmain方式)

ASM字节码

ASM 是一个通用的 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，可以从中构建自定义复杂转换和代码分析工具。

ASM 提供与其他Java字节码框架类似的功能，但专注于性能。因为它的设计和实现尽可能小而且快，所以它非常适合在动态系统中使用(但当然也可以以静态方式使用，例如在编译器中)。

ASM 用于许多项目，包括：

• OpenJDK，生成lambda调用站点，以及Nashorn编译器
• Groovy 编译器和 Kotlin 编译器
• Cobertura 和 Jacoco，为了衡量代码覆盖率，仪器类
• CGLIB，用于动态生成代理类(用于其他项目，如Mockito和EasyMock)
• Gradle，在运行时生成一些类

明白了这两个知识点后，我们一起来看下 Arthas 中的 JavaAgent——arthas-agent

Arthas-Agent

首先我们从Pom文件看起，找到premain和agentmain

从这里我们很清楚地看到了 premain 和 agentmain 的方法被放在了

com.taobao.arthas.agent.AgentBootstrap

 中。

那么接下来我们就走进 

AgentBootstrap

 类中，了解下它的实现。

在 

AgentBootstrap

 类中，我们很快发现了这两个方法

这两个方法都同时指向当前类中的main方法，并传递了两个参数，下面我们先对着两个参数做个解读

• String args

这个参数是我们在 arthas-boot.jar 中启动 arthas-core.jar 时传入的参数

• Instrumentation inst

java.lang.instrument.Instrumentation 实例，由 JVM 自动传入，集中了几乎所有功能方法，如：类操作、classpath 操作等

了解了这两个参数以后，我们走进 

main

 方法看下实现

这里主要重点讲下上面圈出来的两点，首先我们来看下第一段的代码。

第一步先将我们的 

arthas-spy.jar

 添加到 BootstrapClassLoader 中，在 Java Instrumention 的实现中，这行代码应该是很常见的。为什么要这样做呢？

在Java中，Java类加载器分为 BootstrapClassLoader、ExtensionClassLoader和SystemClassLoader。

BootstrapClassLoader 主要加载的是JVM自身需要的类，由于双亲委派机制的存在，越基础的类由越上层的加载器进行加载，因此，如果需要在由 BootstrapClassLoader 加载的类的方法中调用由 SystemClassLoader 加载的

arthas-spy.jar

，这违反了双亲委派机制。

而 

arthas-spy.jar

 添加到 BootstrapClassLoader 的 classpath 中，由 BootstrapClassLoader加载，就解决了这个问题。

initSpy

这个方法则使用 

ArthasClassloader

 加载 

com.taobao.arthas.core.advisor.AdviceWeaver

 类(在后续文章中会详细解读)，并将其中的 

methodOnBegin

、

methodOnReturnEnd

、

methodOnThrowingEnd

等方法取出，并赋给

Spy

类。后面在通过ASM做类增强的时候，

Spy

就是连接业务类和Arthas类的桥梁。

接着我们看下第二段蓝色框中的代码。这里面主要是做了一些服务端启动的事情。

这段代码中，主要通过反射的手段，调用了 

ArthasBootstrap

 类中的 

bind

 方法来启动 Arthas 服务端，接下来我们就一起来看下 Arthas 服务端启动的源码。

Arthas服务端启动

废话不多说，先上代码。

这段代码主要是围绕 ShellServer 做一些配置，并调用 

listen

 方法启动监听

在

listen

方法中，主要是根据之前注册的TermServer来逐个启动，这里以

TelnetTermServer

为例讲解，接下来看下

TelnetTermServer

中的

listen

方法。

我们跟踪下 

start

 代码，发现最后调用的是 

NettyTelnetBootstrap

 的 

start

方法。

主要是通过 

netty

 来启动网络服务。下面我们看下对输入的处理类 

TermServerTermHandler

。

主要是通过调用

shellServer

的

handleTerm

方法。

这里的 session 就是客户端的连接，而readline方法就是用来处理用户的输入的。

至于每个命令是如何工作的，且听下回分解。

总结

arthas中涉及到的知识点很多的了解

• netty

• termd

• cli

• asm

• JavaAgent

大家如果感兴趣的话，可以花点时间研究下，相信这些框架会让大家受益匪浅。

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