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Java诊断利器Arthas优雅排查生产环境

jiezi

前言

Arthas 是 Alibaba 开源的 Java 诊断工具。在线排查问题，无需重启；动态跟踪 Java 代码；实时监控 JVM 状态。对分秒必争的线上异常，Arthas可帮助我们快速诊断相关问题。

下载安装

下载 Arthas 的arthas-boot.jar

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

下载 arthas 之后，先来了解帮助信息，可以通过 java -jar arthas-boot.jar -h 命令查看，这里给出了一些例子和参数说明

[root@izwz94a0v1sz0gk4rezdcbz arthas]# java -jar arthas-boot.jar -h
[INFO] arthas-boot version: 3.1.4
Usage: arthas-boot [-h] [--target-ip <value>] [--telnet-port <value>]
       [--http-port <value>] [--session-timeout <value>] [--arthas-home <value>]
       [--use-version <value>] [--repo-mirror <value>] [--versions] [--use-http]
       [--attach-only] [-c <value>] [-f <value>] [--height <value>] [--width
       <value>] [-v] [--tunnel-server <value>] [--agent-id <value>] [--stat-url
       <value>] [pid]

Bootstrap Arthas

EXAMPLES:
  java -jar arthas-boot.jar <pid>
  java -jar arthas-boot.jar --target-ip 0.0.0.0
  java -jar arthas-boot.jar --telnet-port 9999 --http-port -1
  java -jar arthas-boot.jar --tunnel-server 'ws://192.168.10.11:7777/ws'
  java -jar arthas-boot.jar --tunnel-server 'ws://192.168.10.11:7777/ws'
--agent-id bvDOe8XbTM2pQWjF4cfw
  java -jar arthas-boot.jar --stat-url 'http://192.168.10.11:8080/api/stat'
  java -jar arthas-boot.jar -c 'sysprop; thread' <pid>
  java -jar arthas-boot.jar -f batch.as <pid>
  java -jar arthas-boot.jar --use-version 3.1.4
  java -jar arthas-boot.jar --versions
  java -jar arthas-boot.jar --session-timeout 3600
  java -jar arthas-boot.jar --attach-only
  java -jar arthas-boot.jar --repo-mirror aliyun --use-http
WIKI:
  https://alibaba.github.io/arthas

Options and Arguments:
 -h,--help                      Print usage
    --target-ip <value>         The target jvm listen ip, default 127.0.0.1
    --telnet-port <value>       The target jvm listen telnet port, default 3658
    --http-port <value>         The target jvm listen http port, default 8563
    --session-timeout <value>   The session timeout seconds, default 1800
                                (30min)
    --arthas-home <value>       The arthas home
    --use-version <value>       Use special version arthas
    --repo-mirror <value>       Use special maven repository mirror, value is
                                center/aliyun or http repo url.
    --versions                  List local and remote arthas versions
    --use-http                  Enforce use http to download, default use https
    --attach-only               Attach target process only, do not connect
 -c,--command <value>           Command to execute, multiple commands separated
                                by ;
 -f,--batch-file <value>        The batch file to execute
    --height <value>            arthas-client terminal height
    --width <value>             arthas-client terminal width
 -v,--verbose                   Verbose, print debug info.
    --tunnel-server <value>     The tunnel server url
    --agent-id <value>          The agent id register to tunnel server
    --stat-url <value>          The report stat url
 <pid>                          Target pid

启动

启动 arthas 之前，先启动一个 springboot 的应用。该 demo 在地址 https://github.com/yangtao…

java -jar ytao-springboot-demo.jar

启动 arthas-boot.jar 命令

java -jar arthas-boot.jar

这里注意需要启动 demo 和arthas使用同一权限用户，否则使用 attach 机制获取不到进程信息（这里刚使用时没注意，遇到过这个问题）。
例：root用户启动 demo，u1用户启动 arthas 时，打印信息 Can not find java process. Try to pass <pid> in command line.

查看源码，在获取进程之后，添加日志输出。结果为空，返回 -1，判断结果小于0 时，直接退出。

启动类 Bootstrap#main 的代码

进程工具类 ProcessUtils#select 的代码

通过上面也分析到，我们启动 arthas 之前，必须要先启动我们的目标进程，否则 arthas 可能无法启动。

使用 root 用户启动成功界面

选择 java 进程，这里我们的 ytao-springboot-demo 是 1, 选择后会有连接信息

[INFO] arthas home: /root/.arthas/lib/3.1.4/arthas
[INFO] Try to attach process 22005
[INFO] Attach process 22005 success.
[INFO] arthas-client connect 127.0.0.1 3658
  ,---.  ,------. ,--------.,--.  ,--.  ,---.   ,---.                           
 /  O  \ |  .--. ''--.  .--'|  '--'  | /  O  \ '.-'                          
|  .-.  ||  '--'.'   |  |   |  .--.  ||  .-.  |`.  `-.                          
|  | |  ||  |\  \    |  |   |  |  |  ||  | |  |.-'    |                         
`--'`--'`--''--'   `--'`--'  `--'`--' `--'`-----'                          
                                                                                

wiki      https://alibaba.github.io/arthas                                      
tutorials https://alibaba.github.io/arthas/arthas-tutorials                     
version   3.1.4                                                                 
pid       17339  
time      2019-10-17 02:29:06

dashboard 数据面板

使用 dashboard 命令，可以查看线程，内存，GC，以及 Runtime 信息

jad 反编译

有时我们会遇到线上代码运行结果不是我们期望的结果，有种情况就是线上代码不是我们想要的版本，但是要查看的话，需要下载后再进行反编译。
这时 arthas 的jad可以帮助我们线上进行即时反编译，确认代码是否符合我们的版本。

jad com.ytao.service.UserServiceImpl

watch 函数执行信息

使用 watch 命令可以查看函数的执行信息。watch的参数列表（来自官网）

参数 参数说明
class-pattern 类名表达式匹配
method-pattern 方法名表达式匹配
express 观察表达式
condition-express 条件表达式
[b] 在方法调用之前观察
[e] 在方法异常之后观察
[s] 在方法返回之后观察
[f] 在方法结束之后 (正常返回和异常返回) 观察
[E] 开启正则表达式匹配，默认为通配符匹配
[x:] 指定输出结果的属性遍历深度，默认为 1

当我们遇到线上数据 bug 时，我们一般处理的手段就是开发环境模拟线上数据，从生产日志中查找线索，再或者远程 debug。以上不管哪种排查手段，相对都是比较麻烦。
这时 Arthas 的 watch 可以帮助我们查看实时的代码执行情况。使用观察表达式可以查看函数的 参数 , 返回值 , 异常信息 。观察表达式主要由OGNL 表达式组成，所以可以编写 OGNL 表达式来执行。

观察表达式的变量

变量 变量说明
params 函数的入参
returnObj 函数的返回值
throwExp 异常信息
target 当前对象

查看一个函数的入参和返回值

watch com.ytao.service.UserServiceImpl getUser "{params,returnObj}"

打印信息 isEmpty=false;size=1 可以看到参数为非空，参数数量为一个。查看具体入参信息

watch com.ytao.service.UserServiceImpl getUser "{params[0],returnObj}"

查看异常信息

watch com.ytao.service.UserServiceImpl getUser "throwExp"

当我们传入一个参数为 -1 时, 打印出我们定义的非法参数异常

watch除了观察表达式外，还能使用 条件表达式 ，以及 观察事件点 。
注意 使用观察事件点时，有些观察表达式的变量不一定存在，比如使用 -b 时，返回值和异常信息都为空。

有时我们排查某个函数，不能马上获取到函数的信息，arthas给提供的 后台异步任务 可以帮助我们记录日志。使用方式和 Linux 的类似。

watch com.ytao.service.UserServiceImpl getUser "{params,returnObj}" > /log/w.log &

查看异步保存的日志

tt 定位异常调用

上面所介绍的 watch 可以排查函数的调用情况，比较适用在已知当次调用可能存在的情况后，查看信息。如果一个函数调用 n 次后，有几次为执行异常，我们要去找出这些异常的调用，在 watch 中排查就不怎么方便了。
使用 tt 命令可以较方便查看异常的调用及信息。对 com.ytao.service.UserServiceImpl#getUser 的函数查看,-t是每次调用该函数都会记录

tt -t com.ytao.service.UserServiceImpl getUser

记录信息

查看所有记录

tt -l

查看指定函数记录

tt -s 'method.name=="getUser"'

输出信息说明

表格字段 字段解释
INDEX 时间片段记录编号，每一个编号代表着一次调用，后续 tt 还有很多命令都是基于此编号指定记录操作，非常重要。
TIMESTAMP 方法执行的本机时间，记录了这个时间片段所发生的本机时间
COST(ms) 方法执行的耗时
IS-RET 方法是否以正常返回的形式结束
IS-EXP 方法是否以抛异常的形式结束
OBJECT 执行对象的 hashCode()，注意，曾经有人误认为是对象在 JVM 中的内存地址，但很遗憾他不是。但他能帮助你简单的标记当前执行方法的类实体
CLASS 执行的类名
METHOD 执行的方法名

从上面参数中我们看到 1003 调用是以抛异常的形式结束，因为 tt 会记录每次调用的信息，所以我们可以查看 1003 的详细信息

tt -i 1003

trace 查看调用链路

我们常会遇到调用某个 api 时 rt 过长，我们就要找出调用链上的某个或几个函数进行优化，我们通常定位几个可能的锚点，打印各个锚点间的 rt。或者从日志中找出日志打印的时间点计算出时间差，不管使用哪种方法都比较繁琐。当使用 arthas 的trace命令可以轻松的完成我们的需求。
trace参数说明

参数 参数说明
class-pattern 类名表达式匹配
method-pattern 方法名表达式匹配
condition-express 条件表达式
[E] 开启正则表达式匹配，默认为通配符匹配
[n:] 命令执行次数
#cost 方法执行耗时

使用 trace 输出 com.ytao.controller.UserController#getUser 的信息

trace com.ytao.service.UserServiceImpl getUser

输出结果

在实际使用使用排查过程中，为了减少无用信息的输出，我们一般会使用 #cost 过滤耗时不长和 jdk 自带的函数，可以忽略的调用，减少信息的输出。例如：过滤掉小于 1ms 的调用

trace com.ytao.service.UserServiceImpl getUser  '#cost > 1'

redefine 实现热部署

当我们查找出 bug，想要快速上线拯救苍生的时候，Arthas为我们准备了 redefine 命令来实现热更新。
尽管现在都在倡导 jad/mc/redefine 热更一条龙，但是线上代码建议本地编译好后再进行替换，避免手误操作。
首先先在 UserServiceImpl 中添加一行代码

获取 classLoaderHash，通过sc 命令获取类的信息

sc -d *UserServiceImpl

执行 redefine 修改的类

redefine -c 1d56ce6a /usr/local/jar/UserServiceImpl.class

通过打印的信息验证是否更新 UserServiceImpl 类

Arthas的使用，除了上文中所讲解到的，还有一些其他的诊断功能，这只是我个人使用的方法。但是使用该类工具一定要有套组合拳，对排查问题过程中，遇到问题有对应的排查手段，并非盲目排查。

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