Btrace使用小结

来源：互联网发布：淘宝掌中宝是什么编辑：程序博客网时间：2024/04/19 10:57

BTrace是神器，每一个需要每天解决线上问题，但完全不用BTrace的Java工程师，都是可疑的。

BTrace的最大好处，是可以通过自己编写的脚本，获取应用的一切调用信息。而不需要重启应用！

只要定义脚本时不作大死(比如查看谁调用了HashMap的put方法)，直接在生产环境打开也没影响。

1.简介

项目地址：http://github.com/btraceio/btrace

用户指南：https://kenai.com/projects/btrace/pages/UserGuide

在Release页面里下载最新Zip版，解压就能用

1.1 示例

先抄一个UserGuide里的例子：

[java] view plain copy
import com.sun.btrace.annotations.*;  
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;  
@BTrace  
public class HelloWorld {  
    @OnMethod(clazz="java.lang.Thread", method="start")  
    public static void onThreadStart() {  
        println("thread start!");  
    }  
}  

然后ps找出要监控的java应用的pid， ./bin/btrace $pid HelloWorld.java 就跑起来了。

通过JVM Attach API，btrace把自己绑进了被监控的进程，按HelloWorld.java里的定义，进行AOP式的代码植入。

1.2 约束

为了避免Btrace脚本的消耗过大影响真正业务，所以定义了一系列不允许的事情：

比如不允许调用任何类的任何方法，只能调用BTraceUtils 里的一系列方法和脚本里定义的static方法。

a. 不能创建对象

b. 不能使用数组

c. 不能抛出或捕获异常

d. 不能使用循环

e. 不能使用synchronized关键字

f. 属性和方法必须使用static修饰

更多规定看User Guide。当然，可以用-u 运行在unsafe mode来规避限制，但不推荐。

另外，BTrace植入过的代码，会一直在，直到应用重启为止。所以即使Btrace推出了，业务函数每次执行时都会多出一次Btrace是否Attach状态的判断。

1.3 其他命令行选项

如果在HelloWorld.java里使用了JDK外的其他类，比如Netty的:

./bin/btrace -cp .:netty-all-4.0.41.Final.jar $pid HelloWorld.java 或者

./bin/btrace -cp /home/admin/*/WEB-INF/classes $pid HelloWorld.java

但上面定义的classpath只在编译脚本时使用，而脚本里需要显式使用非JDK类的机会其实很少(后面真正用到的时候会提起)。

而在运行时，因为已经绑到目标应用的JVM里，用的是目标JVM的classpath。

2. 拦截方法定义,也说是 @OnMethod 注解的作用

Btrace使用@OnMethod注解定义需要分析的方法入口，在@OnMethod注解中，需要指定class、method以及location等，class表明需要监控的类，method表明需要监控的方法，指定方式如下：

2.1 精准定位(使用全限定名)

就是HelloWorld的例子，精确定义要监控的类与方法。如：

clazz="com.metty.rpc.common.BtraceCase", method="add"

2.2 正则表达式定位

可以用表达式，批量定义需要监控的类与方法。正则表达式需要写在两个 "/" 中间。

下例监控javax.swing下的所有类的所有方法....可能会非常慢，建议范围还是窄些。

[java] view plain copy
@OnMethod(clazz="/javax\\.swing\\..*/", method="/.*/")  
public static void swingMethods( @ProbeClassName String probeClass, @ProbeMethodName String probeMethod) {  
   print("entered " + probeClass + "."  + probeMethod);  
}  

通过在拦截函数的定义里注入@ProbeClassName String probeClass, @ProbeMethodName String probeMethod 参数，告诉脚本实际匹配到的类和方法名。

另一个例子，监控Statement的executeUpdate(), executeQuery() 和 executeBatch() 三个方法，见JdbcQueries.java

2.3 按接口，父类，Annotation定位

比如我想匹配所有的Filter类，在接口或基类的名称前面，加个+ 就行

@OnMethod(clazz="+com.vip.demo.Filter", method="doFilter")

也可以按类或方法上的annotaiton匹配，也就是注解匹配，前面加上@就行

@OnMethod(clazz="@javax.jws.WebService", method="@javax.jws.WebMethod")

2.4 其他

a. 构造函数的名字是 <init>，如果需要分析构造方法，需要指定method="<init>"

@OnMethod(clazz="java.net.ServerSocket", method="<init>")

b. 静态内部类的写法，是在类与内部类之间加上"$"

@OnMethod(clazz="com.vip.MyServer$MyInnerClass", method="hello")

c. 如果有多个同名的函数，想区分开来，可以在拦截函数上定义不同的参数列表（见4.1）。

3. 拦截时机，也就@Location注解的作用

定义Btrace对方法的拦截位置，通过@Location注解指定，默认为Kind.ENTRY。可以为同一个函数的不同的Location，分别定义多个拦截函数。

3.1 Kind.Entry与Kind.Return

Kind.ENTRY：在进入方法时，调用Btrace脚本

Kind.RETURN：方法执行完时，调用Btrace脚本，只有把拦截位置定义为Kind.RETURN，才能获取方法的返回结果@Return和执行时间@Duration

@OnMethod( clazz="java.net.ServerSocket", method="bind" )

不写Location，默认就是刚进入函数的时候(Kind.ENTRY)。

但如果你想获得函数的返回结果或执行时间，则必须把切入点定在返回(Kind.RETURN)时。

[java] view plain copy
OnMethod(clazz = "java.net.ServerSocket", method = "getLocalPort", location = @Location(Kind.RETURN))  
public static void onGetPort(@Return int port, @Duration long duration)  

duration的单位是纳秒，要除以 1,000,000 才是毫秒。

3.2 Kind.Error, Kind.Throw和 Kind.Catch

异常抛出(Throw)，异常被捕获(Catch)，异常没被捕获被抛出函数之外(Error)，主要用于对某些异常情况的跟踪。

在拦截函数的参数定义里注入一个Throwable的参数，代表异常。

[java] view plain copy
@OnMethod(clazz = "java.net.ServerSocket", method = "bind", location = @Location(Kind.ERROR))  
public static void onBind(Throwable exception, @Duration long duration)  

3.3 Kind.Call与Kind.Line

Kind.CALL：分析方法中调用其它方法的执行情况，比如在execute方法中，想获取add方法的执行耗时，必须把where设置成Where.AFTER.

Kind.LINE：通过设置line，可以监控代码是否执行到指定的位置.

下例定义监控bind()函数里调用的所有其他函数:

[java] view plain copy
@OnMethod(clazz = "java.net.ServerSocket", method = "bind", location = @Location(value = Kind.CALL, clazz = "/.*/", method = "/.*/", where = Where.AFTER))  
public static void onBind(@Self Object self, @TargetInstance Object instance, @TargetMethodOrField String method, @Duration long duration)  

所调用的类及方法名所注入到@TargetInstance与 @TargetMethodOrField中。

静态函数中，instance的值为空。如果想获得执行时间，必须把Where定义成AFTER。

注意这里，一定不要像下面这样大范围的匹配，否则这性能是神仙也没法救了：

@OnMethod(clazz = "/javax\\.swing\\..*/", method = "/.*/", location = @Location(value = Kind.CALL, clazz = "/.*/", method = "/.*/"))

下例监控代码是否到达了Socket类的第363行。

[java] view plain copy
@OnMethod(clazz = "java.net.ServerSocket", location = @Location(value = Kind.LINE, line = 363))  
public static void onBind4() {  
   println("socket bind reach line:363");  
}  

line还可以为-1，然后每行都会打印出来，加参数int line 获得的当前行数。此时会显示函数里完整的执行路径，但肯定又非常慢。

4. 如何使用Btrace定位问题

4.1 打印this，参数与返回值

[java] view plain copy
import com.sun.btrace.AnyType;  
@OnMethod(clazz = "java.io.File", method = "createTempFile", location = @Location(value = Kind.RETURN))  
public static void o(@Self Object self, String prefix, String suffix, @Return AnyType result)  

如果想打印它们，首先按顺序定义用@Self 注释的this，完整的参数列表，以及用@Return 注释的返回值。

需要打印哪个就定义哪个，不需要的就不要定义。但定义一定要按顺序，比如参数列表不能跑到返回值的后面。

Self：

如果是静态函数， self为空。

前面提到，如果上述使用了非JDK的类，命令行里要指定classpath。不过，如前所述，因为BTrace里不允许调用类的方法，所以定义具体类很多时候也没意思，所以self定义为Object就够了。

参数：

参数数列表要么不要定义，要定义就要定义完整，否则BTrace无法处理不同参数的同名函数。

如果有些参数你实在不想引入非JDK类，又不会造成同名函数不可区分，可以用AnyType来定义（不能用Object）。

如果拦截点用正则表达式中匹配了多个函数，函数之间的参数个数不一样，你又还是想把参数打印出来时，可以用AnyType[] args来定义。

但不知道是不是当前版本的bug，AnyType[] args 不能和 location＝Kind.RETURN 同用，否则会进入一种奇怪的静默状态，只要有一个函数定义错了，整个Btrace就什么都打印不出来。

结果：

同理，结果也可以用AnyType来定义，特别是用正则表达式匹配多个函数的时候，连void都可以表示。

4.2 方法执行时，查看对象的实例属性值

再次强调，为了保证性能不受影响，Btrace不允许调用任何实例方法。

比如不能调用getter方法（怕在getter里有复杂的计算），只会通过直接反射来读取属性名。

又比如，除了JDK类，其他类toString时只会打印其类名＋System.IdentityHashCode。

println, printArray，都按上面的规律进行，所以只能打打基本类型。

如果想打印一个Object的属性，用printFields()来反射。

如果只想反射某个属性，参照下面打印Port属性的写法。从性能考虑，应把field用静态变量缓存起来。

注意JDK类与非JDK类的区别：

[java] view plain copy
import java.lang.reflect.Field;  
//JDK的类这样写就行  
private static Field fdFiled = field("java.io,FileInputStream", "fd");  
//非JDK的类，要给出ClassLoader，否则ClassNotFound  
private static Field portField = field(classForName("com.vip.demo.MyObject", contextClassLoader()), "port");  
public static void onChannelRead(@Self Object self) {  
    println("port:" + getInt(portField, self));  
}  

这样也是可以的：

[java] view plain copy
@BTrace  
public class HelloWorld {  
    @OnMethod(clazz = "java.io.File", method = "createTempFile", location = @Location(value = Kind.RETURN))  
    public static void o(@Self Object self, TmpTest param, @Return AnyType result){  
        Field field = BTraceUtils.filed("com.play.zhazah.TmpTest","data");  
        println("data = " + BTraceUtils.get(field, param));  
    }  
}  

4.3.TLS，拦截函数间的通信机制

如果要多个拦截函数之间要通信，可以使用@TLS定义 ThreadLocal的变量来共享

[java] view plain copy
@TLS  
private static int port = -1;  
@OnMethod(clazz = "java.net.ServerSocket", method = "<init>")  
public static void onServerSocket(int p){  
    port = p;  
}  
@OnMethod(clazz = "java.net.ServerSocket", method = "bind")  
public static void onBind(){  
  println("server socket at " + port);  
}  

4.4 打印慢调用

下例打印所有用时超过1毫秒的filter。

[java] view plain copy
@OnMethod(clazz = "+com.vip.demo.Filter", method = "doFilter", location = @Location(Kind.RETURN))  
public static void onDoFilter2(@ProbeClassName String pcn,  @Duration long duration) {  
    if (duration > 1000000) {  
        println(pcn + ",duration:" + (duration / 100000));  
    }  
}  

最好能抽取了打印耗时的函数，减少代码重复度。

定位到某一个Filter慢了之后，可以直接用Location(Kind.CALL)，进一步找出它里面的哪一步慢了。

4.5 谁调用了这个函数

比如，谁调用了System.gc() ?

[java] view plain copy
@OnMethod(clazz = "java.lang.System", method = "gc")  
public static void onSystemGC() {  
    println("entered System.gc()");  
    jstack();  
}  

通过查看调用栈，可以很清楚的发现哪个类哪个方法调用了System.gc()

4.6 捕捉异常，或进入了某个特定代码行时，this对象及参数的值

按之前的提示，自己组合一下即可。

4.7 统计方法的调用次数，且每隔1分钟打印调用次数

[java] view plain copy
@Export static AtomicLong counter = new AtomicLong();  
@OnMethod(class="com.**.MyObject",method="add")  
public static void run(){  
    counter.getAndIncrement();  
}  
@OnTimer(1000*60)  
public static void run(){  
    BTraceUtils.println("count: " + connter.get());  
    counter.set(0);  
}  

Btrace的@OnTimer注解可以实现定时执行脚本中的一个方法

4.8 打印函数的调用/慢调用的统计信息

如果你已经看到了这里，那基本也不用我再啰嗦了，自己看Samples的Histogram.java, HistoOnEvent.java

可以用AtomicInteger构造计数器，然后定时(@OnTimer)，或根据事件(@OnEvent)输出结果(ctrl+c后选择发送事件)。

参考：

http://calvin1978.blogcn.com/articles/btrace1.html

http://www.jianshu.com/p/dbb3a8b5c92f

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