arthas学习图文记录

Arthas 是阿里开源的 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。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。

Arthas可以通过简单的命令交互模式，接入运行的JVM，快速定位和诊断线上程序运行的问题。在不重启服务的情况下，实时，动态的修改相关代码，并实时生效，具体工作原理如下：

1. 连接JVM，通过attach机制，通过attach pid连接正在运行的JVM
2. 查看及修改JVM字节码，通过instrument技术对运行中的JVM附加或修改字节码来实现增强的逻辑

Arthas的执行过程如下：Arthas底层调用rt.jar包的ManagementFactory获取整个JVM内部信息，通过命令集成与后端交互，执行，返回结果，整个工程简单清晰，容易上手。

arthas-demo入门

可以使用阿里云给的基础教程地址练习: https://arthas.aliyun.com/doc/arthas-tutorials.html?language=cn&id=arthas-basics

在这里,我使用自己的服务器,跟着基础教程做入门联系。

1.下载math-game.jar,再用java -jar命令启动

[root@localhost arthas]# wget https://arthas.aliyun.com/math-game.jar
[root@localhost arthas]# java -jar arthas-boot.jar

2.新开Terminal ，下载arthas-boot.jar，再用java -jar命令启动

[root@localhost arthas]# wget https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar
[root@localhost arthas]# java -jar arthas-boot.jar

arthas-boot是Arthas的启动程序，它启动后，会列出所有的Java进程，用户可以选择需要诊断的目标进程。

选择第一个进程，输入 1 (math-game这个程序对应的就是1)，再Enter/回车：

Attach成功之后，会打印Arthas LOGO。输入 help 可以获取到更多的帮助信息。

3. dashboard 命令可以查看当前系统的实时数据面板

数据说明:

• ID：java级别的线程ID，注意这个ID不能跟jstack中的nativeID一一对应
• NAME：线程名
• GROUP：线程组名
• PRIORI：线程的优先级，1~10之间的数字，越大表示优先级越高
• STATE：线程的状态
• %CPU：线程的CPU使用率，比如采样间隔1000ms，某个线程的增量cpu时间为100ms，则cpu的使用率为100/1000=10%
• DELTA_TIME：上次采样之后线程运行增量cpu时间，数据格式为秒
• TIME：线程运行总CPU时间，数据格式为 分:秒
• INTERRUPTED：线程当前的中断位状态
• DAEMON：是否是daemon（后台）线程

4. thread 命令会打印线程ID 1的栈

还可以通过thread 1 | grep "main(" 命令来查找main class:

参数说明：

参数名称	参数说明
id	线程id
[ n: ]	指定最忙的前N个线程并打印堆栈
[ b ]	找出当前阻塞其他线程的线程（目前只支持找出synchronized关键字阻塞住的线程， 如果是java.util.concurrent.Lock， 目前还不支持。）
[ i ]	指定cpu占比统计的采样间隔，单位为毫秒
[ –all ]	显示所有匹配的线程
[ –state ]	查看指定状态的线程,如: thread –state WAITING

5. sc命令来查找JVM里已加载的类

sc为“Search-Class” 的简写，能搜索出所有已经加载到 JVM 中的 Class 信息。

参数说明：

参数名称	参数说明
class-pattern	类名表达式匹配，支持全限定名。如：demo.MathGame，也支持demo/MathGame
method-pattern	方法名表达式匹配
[ d ]	输出当前类的详细信息，包括这个类所加载的原始文件来源，类的声明，加载的ClassLoader等详细信息；如果一个类被多个ClassLoader所加载，则会出现多次
[ E ]	开启正则表达式匹配，默认为通配符匹配
[ f ]	输出当前类的成员变量信息（需要配合参数 -d一起使用）
[ x: ]	指定输出静态变量时属性的遍历深度，默认为0，直接使用toString输出
[ c: ]	指定class的ClassLoader的hashcode
[ classLoaderClass: ]	指定执行表达式的ClassLoader的class name
[ n: ]	具有详细信息的匹配类的最大数量，默认为100

sm为“Search-Method” 的简写，查询某个类下所有的方法，与sc的功能类似，这里就不详细介绍了。

6. jad命令来反编译代码

还可以反编译指定的函数

反编译时只显示源代码

默认情况下，反编译结果里会带有ClassLoader信息，通过--source-only选项，可以只打印源代码。这样就会清爽很多。

7. watch方法执行数据观测

watch命令可以查看函数的参数/返回值/异常信息，通过编写 OGNL 表达式进行对应变量的查看。

从上面的结果里，说明函数被执行了两次，第一次结果是 location=AtExceptionExit，说明函数抛出了异常，因此returnObj是null；第二次结果是location=AtExit，说明函数正常返回，因此可以看到returnObj的结果是一个ArrayList。

参数说明：

参数名称	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，默认值为：{params,target,returnObj}，单个值可以不用加 {}，多个值需要加
condition-express	条件表达式，不能加 {}，可以使用逗号分隔子表达式，取表达式最后一个值来判断
[ b ]	在方法调用之前观察，默认关闭，由于观察事件点是在方法调用前，此时返回值或异常均不存在，params代表方法入参
[ e ]	在方法异常之后观察，默认关闭,params代表方法出参
[ s ]	在方法返回之后观察，默认关闭,params代表方法出参
[ f ]	在方法结束之后（正常返回和异常返回）观察，默认打开,params代表方法出参
[ 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
[ #cost ]	监控耗时

条件表达式的例子：

下面这个例子表示只有参数小于0的调用才会响应。

异常信息的例子:

-e 表示抛出异常时才触发

express中，表示异常信息的变量时throwExp

8. vmtool命令，可以搜索内存对象

vmtool 利用JVMTI接口，实现查询内存对象，强制GC等功能。

参数说明：

参数名称	参数说明
–action getInstances	返回结果绑定到 instances变量上，它是数组。
–className	指定类名（完成路径），支持 java.lang.String,也支持java/lang/String
[ –limit ]	限制返回值数量，避免获取超大数据时对JVM造成压力。默认值是10。
[ -x ]	指定返回结果展开层数,默认为1
[ c: ]	指定class的ClassLoader的hashcode（通过sc命令找到加载class的classLoader）
[ classLoaderClass: ]	指定执行表达式的ClassLoader的class name

强制GC的命令：vmtool --action forceGc

9. 退出Arthas

用 exit 或者 quit 命令可以退出Arthas。退出Arthas之后，还可以再次用 java -jar arthas-boot.jar 来连接。

10. 彻底退出Arthas

exit/quit命令只是退出当前session，arthas server还在目标进程中运行。

想完全退出Arthas，可以执行 stop 命令。

Arthas的其他重点使用功能

1. mc 内存编译器（Memory Compiler/内存编译器）

Memory Compiler/内存编译器，编译.java文件生成.class。通过 -c / –classLoaderClass 参数指定classLoader，-d 参数指定输出目录；编译生成.class文件之后，可以结合retransform 命令实现热更新代码。retransform的限制：1.不允许新增加field和method 2.正在跑的函数，没有退出不能生效

这里还是使用arthas的提供的教程：https://arthas.aliyun.com/doc/arthas-tutorials.html?language=cn&id=command-mc-retransform

1.由于正在跑的函数没有退出时不生效的，所以上面的math-game的demo就不能使用了，所以得下载另一个demo（一个简单的spring-boot应用）。

[root@localhost arthas]# wget https://raw.githubusercontent.com/hengyunabc/spring-boot-inside/master/demo-arthas-spring-boot/demo-arthas-spring-boot.jar
[root@localhost arthas]# java -jar demo-arthas-spring-boot.jar 

2.新开一个Terminal;访问下面这个路径，可以看到报错（500异常）了。

3.启动arthas-boot应用。

4.反编译代码可以看到，当id小于1是，就会抛出异常。

在这里，我们修改文件，想让id小于1时还是能正常返回，不抛出异常。

5.jad反编译UserController，将结果保存在/tmp/UserController.java文件夹里。

[arthas@1645]$ jad --source-only com.example.demo.arthas.user.UserController > /tmp/UserController.java

6.通过vim /tmp/UserController.java编辑java类。

7.通过sc查找加载UserContoller的ClassLoader，也可以在jad时显示源码，里面也有classLoader的信息。

以下三个命令任意一个都可以。可以看到，这个java类是由LaunchedURLClassLoader@1be6f5c3 这个类加载器加载的。

8.通过mc命令编译，同时指定--classLoaderClass参数指定ClassLoader：

[arthas@1645]$ mc --classLoaderClass org.springframework.boot.loader.LaunchedURLClassLoader /tmp/UserController.java -d /tmp

也可以通过-c 参数指定ClassLoaderHash：

[arthas@1645]$ mc --c 1be6f5c3 /tmp/UserController.java -d /tmp

可以看到，在tmp文件夹下，根据UserController的类的全路径编译了一个class文件：

9.retransform 命令中西加载新编译好的UserContoller.class类：

10.重新编译文件可以看到，代码已经替换成最新的了：

11.访问：

显示已经替换过的类：retransform -l

恢复修改前的代码，清楚指定的类：retransform -d 1

清楚所有的：retransform –deleteAll

2.trace 方法内部调用路径，并输出方法路径上的每个节点上耗时

可以观察方法执行的时候哪个子调用比较慢

[arthas@1645]$ trace ClassName methodName

trace 命令能主动搜索 class-pattern／method-pattern 对应的方法调用路径，渲染和统计整个调用链路上的所有性能开销和追踪调用链路。在进行性能调优的时候十分有效。

参数说明：

参数名称	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，默认值为：{params,target,returnObj}，单个值可以不用加 {}，多个值需要加
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
[ –skipJDKMethod ]	跳过jdk方法，默认为true

不跳过JDK方法：

只展示耗时大于1ms的调用路径：

动态trace：

从上图中可以看到，primeFactors的方法耗时最长，如果想深入primeFactors方法，可以打开一个新的终端，使用telnet localhost 3658 连接上arthas，在trace primeFactors时指定listenerId。

这时终端2打印的结果，说明已经增强了一个函数：Affect(class count: 1 , method count: 1)，但不再打印更多的结果。

再查看终端1，可以发现trace的结果增加了一层，打印了primeFactors函数里的内容：

注意 –listenerId指定的id在前一条命令的输出中可以看到。

3.stack 查看某个函数的调用堆栈路径

很多时候，在一个方法被执行时，方法的执行路径非常多，或者根本就不着调这个方法时从哪里被执行的，就可以使用stack命令。此命令和trace命令结构类似。

[arthas@1645]$ stack demo.MathGame primeFactors

参数说明：

参数名称	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，默认值为：{params,target,returnObj}，单个值可以不用加 {}，多个值需要加
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

4.tt 命令

tt是TimeTunnel 的缩写，tt命令记录方法执行数据的时空隧道，记录下指定方法每次调用的入参和返回信息，并能对这些不同的时间下调用进行观测。

watch 虽然很方便和灵活，但需要提前想清楚观察表达式的拼写，这对排查问题而言要求太高，因为很多时候我们并不清楚问题出自于何方，只能靠蛛丝马迹进行猜测。

这个时候如果能记录下当时方法调用的所有入参和返回值、抛出的异常会对整个问题的思考与判断非常有帮助。

参数说明：

参数名称	参数说明
-t	记录下类对应的方法的每次执行情况
class-pattern	类名表达式匹配
method-pattern	方法名表达式匹配
[ n: ]	命令执行次数
condition-express	条件表达式

表格字段说明：

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

检索调用记录：

tt -l 检索所有的调用记录：

筛选出 primeFactors 方法的调用信息：

通过 -i 参数后边跟着对应的 INDEX 编号查看到他的详细信息：

重做一次调用：

tt 命令由于保存了当时调用的所有现场信息，所以我们可以自己主动对一个 INDEX 编号的时间片自主发起一次调用。此时需要使用 -p 参数。通过 --replay-times 指定 调用次数，通过 --replay-interval 指定多次调用间隔(单位ms, 默认1000ms)

需要强调的点

1. ThreadLocal 信息丢失

   很多框架偷偷的将一些环境变量信息塞到了发起调用线程的 ThreadLocal 中，由于调用线程发生了变化，这些 ThreadLocal 线程信息无法通过 Arthas 保存，所以这些信息将会丢失。

2. 引用的对象

   需要强调的是，tt 命令是将当前环境的对象引用保存起来，但仅仅也只能保存一个引用而已。如果方法内部对入参进行了变更，或者返回的对象经过了后续的处理，那么在 tt 查看的时候将无法看到当时最准确的值。这也是为什么 watch 命令存在的意义。

5.monitor 方法执行监控

对匹配的class-pattern / method-pattern的类、方法的调用进行监控。monitor命令是一个非实时返回的命令（并不是输入之后立即返回，而是不断的等待目标java进程返回信息）。

参数说明：

参数名称	参数说明
class-pattern	类名表达式匹配
method-pattern	方法名表达式匹配
[ E ]	开启正则表达式匹配，默认为通配符匹配
[ c: ]	统计周期，默认值为120秒，是一个整型的参数值

监控项说明：

监控项	timestamp	class	method	total	success	tail	rt	fail-rate
说明	时间戳	java类	方法	调用次数	成功次数	失败次数	平均rt	失败率

5.target-ip

target-ip 为指定绑定的IP,如果不指定IP,Arthas只listen 127.0.0.1，所以如果想从远程连接，则可以使用 –target-ip参数指定listen的IP。

java -jar arthas-boot.jar --target-ip IP

绑定远程访问IP后，可以在通过telnet 或者http的方式远程连接Arthas进行问题排查

还有更多的功能请查看arthas的官方文档。