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揭密Java常用性能调优工具的底层实现原理( 五 )

Java


2、使用JVMTI实现应用性能监控（APM）
在微服务大行其道的环境下，分布式系统的逻辑结构变得越来越复杂 。这给系统性能分析和问题定位带来了非常大的挑战 。基于JVMTI的APM能够解决分布式架构和微服务带来的监控和运维上的挑战 。APM通过汇聚业务系统各处理环节的实时数据，分析业务系统各事务处理的交易路径和处理时间，实现对应用的全链路性能监测 。
相关的工具有：
（1）开源的Pinpoint、ZipKin、Hawkular
（2）商业的AppDynamics、OneAPM、google Dapper等都是个中好手 。
3、产品运行时错误监测及调试
想要看生产环境的异常，最原始的方式是登录到生产环境的机器查看日志 。稍微高级一点的方式是通过日志监控或者APM等工具将异常采集上来 。但是这些手段都有许多明显的缺点 。首先，不是所有的异常都会被打印到日志中，有些异常可能被代码吃掉了；其次，打印异常的时候通常只有异常堆栈信息，异常发生时上下文的变量值很难获取到（除非有经验的程序员将其打印出来了），而这些信息对定位异常的原因至关重要 。基于JVMTI可以开发出一款工具来时事监控生产环境的异常 。其基本的原理和如上实例的原理相同 。
相关的工具：商业软件OverOps
4、JAVA程序的调试(debug) 。
一般JAVA的IDE都自带了调试工具 。例如Eclipse的调试器相信大部分人都使用过 。它的调试器org.eclipse.jdt.debug插件底层就是调用的JVMTI来实现的 。经常使用eclipse等工具对java代码做调试，其实就利用了jre自带的jdwp agent来实现的，只是由于eclipse等工具在没让你察觉的情况下将相关参数(类似-agentlib:jdwp=transport=dt_socket,suspend=y,address=localhost:61349)给自动加到程序启动参数列表里了，其中agentlib参数就是用来跟要加载的agent的名字，比如这里的jdwp(不过这不是动态库的名字，而JVM是会做一些名称上的扩展，比如在linux下会去找libjdwp.so的动态库进行加载，也就是在名字的基础上加前缀lib,再加后缀.so)，接下来会跟一堆相关的参数，会将这些参数传给Agent_OnLoad或者Agent_OnAttach函数里对应的options参数 。
随着服务云化的发展，google甚至推出了云端调试工具cloud debugger 。它时一个web应用，可以直接对生产环境进行远程调试，不需要重启或者中断服务 。阿里也有类似的工具Zdebugger 。
5、JAVA程序的诊断（profile） 。
当出现CPU使用率过高、线程死锁等问题时，需要使用一些JAVA性能剖析或者诊断工具来分析具体的原因 。例如Alibaba开源的Java诊断工具Arthas，深受开发者喜爱 。Arthas的功能十分强大，它可以查看或者动态修改某个变量的值、统计某个方法调用链上的耗时、拦截方法前后，打印参数值和返回值，以及异常信息等 。
6、热加载
热加载指的是在不重启虚拟机的情况下重新加载一些class 。热加载可以在本地调试代码或线上修改代码时不用频繁重启 。如spring-loaded，还有商业产品JRebel等 。
相关工具：
（1）spring-loaded https://github.com/spring-projects/spring-loaded
（2）JRebel https://www.jrebel.com/
8、Serviceability AgentSA是JDK提供的一个强大的调试工具集，可以用来调试运行着的Java进程、core文件和虚拟机crash以后的dump文件 。所以我们在遇到CPU飙高、内存泄漏、应用奔溃等问题时，可以借助SA技术实现的工具来查找问题 。在JDK自带的工具中，jmap、jstack、jinfo、HSDB等工具都在使用着SA 。SA 机制不需要与进程互动，通过直接分析目标进程的内存布局获取目标 JVM 进程的运行时数据，如呈现出类对象、能够识别出Java堆、堆边界、堆内对象、载入的类描述、栈内存、线程状态等信息，是不是感觉黑科技？其实原理也并没那么难，我们平时所说的Java堆栈等内存模型都是虚拟机层面概念，虚拟机最终还是跑在操作系统上的，所以可以使用SA直接读取目标进程的操作系统层面的内存数据 。
一般在使用jmap、jstack工具时，使用的是attach方式（之前介绍的JavaAgent和JVMTIAgent同样也使用了attach），这种方式就是与目标进程建立 socket 连接，目标进程处理后回传客户端，所以需要虚拟机本身代码的支持，但是SA不需要在目标 VM 中运行任何代码，SA 使用操作系统提供的符号查找和进程内存读取等原语实现 。所以当jmap、jstack等导不出堆栈数据时，可以采用SA的方式获取数据，例如jstack加上-F选项来解决 。有时候我们在运行这些工具时，会报如下错误：
Error attaching to process: sun.jvm.hotspot.debugger.DebuggerException: Can't attach to the process: ptrace(PTRACE_ATTACH, ..) failed for 6: Operation not permitted // ...


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