1 簡介

Arthas 是Alibaba開源的Java診斷工具，深受開發者喜好html

當你遇到如下相似問題而一籌莫展時，Arthas能夠幫助你解決：java

這個類從哪一個 jar 包加載的？爲何會報各類類相關的 Exception？
我改的代碼爲何沒有執行到？難道是我沒 commit？分支搞錯了？
遇到問題沒法在線上 debug，難道只能經過加日誌再從新發布嗎？
線上遇到某個用戶的數據處理有問題，但線上一樣沒法 debug，線下沒法重現！
是否有一個全局視角來查看系統的運行情況？
有什麼辦法能夠監控到JVM的實時運行狀態？

Arthas支持JDK 6+，支持Linux/Mac/Winodws，採用命令行交互模式，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git

2 主要功能

Arthas提供的功能主要能夠分爲如下3個方面：程序員

(1) 信息監控
- 進程運行基本信息：內存、CPU佔用、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
- 記錄和重作方法調用
(3) 類文件處理
- dump已加載類的字節碼、字節碼反編譯、類編譯、類從新熱加載

3 安裝和使用

3.1 安裝

下載arthas-boot.jar，而後用java -jar的方式啓動：github

wget https://alibaba.github.io/arthas/arthas-boot.jar
java -jar arthas-boot.jar
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而後輸入進程對應編號，進入Arthas的命令交互界面便可使用：tomcat

打印幫助信息：bash

java -jar arthas-boot.jar -h
複製代碼

3.2 使用

下面介紹Arthas的一些經常使用的命令和用法和原理，看看是如何解決咱們實際中的問題的，命令詳情能夠參考Arthas的官方文檔markdown

(1) 總體dashboard數據

在arthas的命令行界面，輸入dashboard命令，會實時展現當前tomcat的多線程狀態、JVM各區域、GC狀況等信息多線程

(2) 查看線程監控

輸入thread命令，會顯示全部線程的狀態信息輸入thread -n 3會顯示當前最忙的3個線程，能夠用來排查線程CPU消耗輸入thread -b 會顯示當前處於BLOCKED狀態的線程，能夠排查線程鎖的問題框架

(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

有時排查問題中咱們須要查看參數，返回值，一般的須要加日誌打印，比較繁瑣，基於watch命令咱們能夠很方便作到這一切

$ 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],
    ],
]
複製代碼

(5) 觀察方法調用路徑，耗時詳情

有時會遇到服務卡頓，想排查到底哪一個步驟耗時比較久，一般作法是加日誌，使用trace命令能夠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()
複製代碼

4 實現原理

總體宏觀模塊調用圖以下：

篇幅緣由，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，是一個爲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以後，引入了java.lang.Instrument，程序員經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。經過該實例，咱們能夠調用Instrumentation提供的各類接口。好比調用inst.getAllLoadedClasses()獲得全部已經加載過的類。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生成加強後的類的字節碼，加強的功能包括方法調用入參、返回值查看、方法調用統計、方法調用記錄和重作，再基於JDK提供的Instrumentation接口對方法進行增長和轉換

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) 排查應用奇怪日誌來源案例詳情

服務應用運行中有時會出現一些奇怪日誌，排查定位這些日誌的來源比較麻煩經過修改StringBuilder的實現代碼打印出日誌的調用堆棧信息，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，一般很頭痛，特別是在線上環境時經過Arthas提供的trace命令，打印出頁面訪問時的完整請求樹，定位出具體哪一個Servlet返回404

$ trace javax.servlet.Servlet *
Press Ctrl+C to abort.
Affect(class-cnt:7 , method-cnt:185) cost in 1018 ms.
複製代碼

經過trace命令，trace對象是javax.servlet.Filter定位具體哪一個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.
複製代碼

(3) 線上代碼熱更新案例詳情

有時爲了快速驗證線上問題的修復方案，或者爲了快速測試，咱們須要熱更新代碼 Arthas提供的解決步驟以下

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

Arthas官方文檔

Arthas快速入門

6到飛起的Java診斷工具Arthas

解密阿里線上問題診斷工具Arthas和jvm-sandbox

Java診斷利器Arthas