java性能调优及问题追踪--Btrace的使用

在生产环境中经常遇到格式各样的问题，如OOM或者莫名其妙的进程死掉。一般情况下是通过修改程序，添加打印日志；然后重新发布程序来完成。然而，这不仅麻烦，而且带来很多不可控的因素。有没有一种方式，在不修改原有运行程序的情况下获取运行时的数据信息呢？如方法参数、返回值、全局变量、堆栈信息等。Btrace就是这样一个工具，它可以在不修改原有代码的情况下动态地追踪java运行程序，通过hotswap技术，动态将跟踪字节码注入到运行类中，对运行代码侵入较小，对性能上的影响可以忽略不计。

基础说明

由于Btrace会把脚本逻辑直接侵入到运行的代码中，所以在使用上做很多限制：

• 不能创建对象
• 不能使用数组
• 不能抛出或捕获异常
• 不能使用循环
• 不能使用synchronized关键字
• 属性和方法必须使用static修饰

需要特别注意的是：不恰当的使用BTrace可能导致JVM崩溃，如在BTrace脚本使用错误的class文件，所以在上生产环境之前，务必在本地充分的验证脚本的正确性。

Btrace可以做什么？

• 接口性能变慢，分析每个方法的耗时情况；
• 当在Map中插入大量数据，分析其扩容情况；
• 分析哪个方法调用了System.gc()，调用栈如何；
• 执行某个方法抛出异常时，分析运行时参数；
• ....

参数说明：

指定分析方法的入口：@OnMethod

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：

• 使用全限定名：clazz="com.metty.rpc.common.BtraceCase", method="add"
• 使用正则表达式：clazz="/javax.swing../", method="/./"
• 使用接口：clazz="+com.ctrip.demo.Filter", method="doFilter"
• 使用注解：clazz="@javax.jws.WebService", method=""@javax.jws.WebMethod"
• 如果需要分析构造方法，需要指定method=""

指定方法拦截的位置：@Location

定义Btrace对方法的拦截位置，通过@Location注解指定，默认为Kind.ENTRY

• 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
• 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
• Kind.ERROR, Kind.THROW, Kind.CATCH

总结

Btrace能做的事情太多，但使用之前切记检查脚本的可行性，一旦Btrace脚本侵入到系统中，只有通过重启才能恢复。

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通过jvisualvm插件的方式进行测试：

安装Btrace插件

工具-->插件-->可用插件中找到BTrace Workbench进行安装即可。

测试用例

package com.vmtools;

public class Counter {
    // 总数
    private static int totalCount = 0;

    public int add(int num) throws Exception {
        totalCount += num;
        sleep();

        return totalCount;
    }

    private void sleep() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(1000);
    }
}

package com.vmtools;

import java.util.Random;
public class BtraceTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        Random random = new Random();

        // 计数器
        Counter counter = new Counter();
        while (true) {
            // 每次增加随机值
            counter.add(random.nextInt(10));
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

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Btrace测试

运行上诉测试用例

jvisualvm中找到对应的进程id-->Trace application...-->分别进行相应的测试

获取add()方法参数值和返回值。

/* BTrace Script Template */
import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

//获取add()方法参数值和返回值。
@BTrace
public class TracingScript {
	/* put your code here */
    @OnMethod(
        clazz="com.vmtools.Counter",
        method="add",
        location=@Location(Kind.RETURN)
    )

    public static void func(
            int a,
            @Return int result) {
        println("trace: =======================");
        jstack();
        println(strcat("a:", str(a)));
        println(strcat("result:", str(result)));
    }
}

定时获取Counter类的属性值totalCount

/* BTrace Script Template */
import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

//定时获取Counter类的属性值totalCount。
@BTrace
public class TracingScript {
    private static Object totalCount=0;

	/* put your code here */
    @OnMethod(
        clazz="com.vmtools.Counter",
        method="add",
        location=@Location(Kind.RETURN)
    )
    public static void func(@Self com.vmtools.Counter counter) {
        totalCount = get(field("com.vmtools.Counter", "totalCount"), counter);
    }

    @OnTimer(2000)
    public static void print(){
        println(" ====== ");
        println(strcat("totalCount: ",str(totalCount)));
    }
}

获取add方法执行时间

/* BTrace Script Template */
import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

//获取add方法执行时间
@BTrace
public class TracingScript {
    @TLS private static long startTime = 0;

	/* put your code here */
    @OnMethod(
        clazz="com.vmtools.Counter",
        method="add"
    )
    public static void func(@Self com.vmtools.Counter counter) {
        startTime = timeNanos();
    }

    @OnMethod(
        clazz="com.vmtools.Counter",
        method="add",
        location=@Location(Kind.RETURN)
    )
    public static void endExecute(@Duration long duration){  
     long time = timeNanos() - startTime;  
     println(strcat("execute time(nanos): ", str(time)));  
     println(strcat("duration(nanos): ", str(duration)));  
   }   
}

参考文档：

• http://www.jianshu.com/p/dbb3a8b5c92f
• http://www.cnblogs.com/langtianya/p/4444025.html