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JAVA动态调试技术原理及实践 JAVA动态调试技术原理及实践

1. 动态调试要解决的问题

断点调试是我们最常使用的调试手段,它可以获取到方法执行过程中的变量信息,并可以观察到方法的执行路径。但断点调试会在断点位置停顿,使得整个应用停止响应。在线上停顿应用是致命的,动态调试技术给了我们创造新的调试模式的想象空间。本文将研究Java语言中的动态调试技术,首先概括Java动态调试所涉及的技术基础,接着介绍我们在Java动态调试领域的思考及实践,通过结合实际业务场景,设计并实现了一种具备动态性的断点调试工具Java-debug-tool,显著提高了故障排查效率。

2. Java Agent技术
JVMTI (JVM Tool Interface)是Java虚拟机对外提供的Native编程接口,通过JVMTI,外部进程可以获取到运行时JVM的诸多信息,比如线程、GC等。Agent是一个运行在目标JVM的特定程序,它的职责是负责从目标JVM中获取数据,然后将数据传递给外部进程。加载Agent的时机可以是目标JVM启动之时,也可以是在目标JVM运行时进行加载,而在目标JVM运行时进行Agent加载具备动态性,对于时机未知的Debug场景来说非常实用。下面将详细分析Java Agent技术的实现细节。
【2.1】Agent的实现模式
JVMTI是一套Native接口,在Java SE 5之前,要实现一个Agent只能通过编写Native代码来实现。从Java SE 5开始,可以使用Java的Instrumentation接口(java.lang.instrument)来编写Agent。无论是通过Native的方式还是通过Java Instrumentation接口的方式来编写Agent,它们的工作都是借助JVMTI来进行完成,下面介绍通过Java Instrumentation接口编写Agent的方法。

2.1.1 通过Java Instrumentation API

实现Agent启动方法
Java Agent支持目标JVM启动时加载,也支持在目标JVM运行时加载,这两种不同的加载模式会使用不同的入口函数,如果需要在目标JVM启动的同时加载Agent,那么可以选择实现

挂载到目标JVM
将编写的Agent打成jar包后,就可以挂载到目标JVM上去了。如果选择在目标JVM启动时加载Agent,则可以使用 “-javaagent:<jarpath>[=<option>]”,具体的使用方法可以使用“Java -Help”来查看。如果想要在运行时挂载Agent到目标JVM,就需要做一些额外的开发了。
com.sun.tools.attach.VirtualMachine 这个类代表一个JVM抽象,可以通过这个类找到目标JVM,并且将Agent挂载到目标JVM上。下面是使用com.sun.tools.attach.VirtualMachine进行动态挂载Agent的一般实现:

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