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：
- 连接JVM，通过attach机制，通过attach pid连接正在运行的JVM
- 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
-
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。
-
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
6. --telnet-port
如果端口号被占用，也可以通过一下命令绑定另一个端口号来执行
java -jar arthas-boot.jar --telnet-port 9999 --http-port 1
还有更多的功能请查看arthas的官方文档。
