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阿里 arthas 使用介绍

2023-05-16

背景：

一次线上问题的综合排查排查，两个相同的系统的某个模块，数据量更少的系统查询更慢。
先说下整体思路：

  1. 查看系统整理负载，网络有100左右毫秒的延迟，看起来影响不大
  2. 查看正序运行整体情况，一次查询会经历3次FGC，有问题，解决后虽然会快一些但是还是有点慢
  3. 跟踪调用栈，发现有点在获查询结果的时候特别慢
  4. 排查是否有mysql慢查询(定义为1秒以上的查询)，结果是没有
  5. 通过arthas发现调用了20多次查询，每次网络延迟100ms，加起来就有2s了，定位出问题。

这样看起来arthas真的很强大，它不仅仅能处理上述问题，还能....

  • 这个类从哪个 jar 包加载的？为什么会报各种类相关的 Exception？
  • 我改的代码为什么没有执行到？难道是我没 commit？分支搞错了？
  • 遇到问题无法在线上 debug，难道只能通过加日志再重新发布吗？
  • 线上遇到某个用户的数据处理有问题，但线上同样无法 debug，线下无法重现！
  • 是否有一个全局视角来查看系统的运行状况？
  • 有什么办法可以监控到JVM的实时运行状态？
  • 代码出现异常，怎么能获取请求参数和返回值。

Arthas到底是什么

Arthas 是Alibaba开源的Java诊断工具，采用命令行交互模式，提供了丰富的功能，是排查jvm相关问题的利器。
在逛github时，发现了这款利器，深入了解之后，简直惊为天人。下面先列举一下它能做的一些事情：

  • 提供性能看板，包括线程、cpu、内存等信息，并且会定时的刷新。
  • 根据各种条件查看线程快照。比如找出cpu占用率最高的n个线程等
  • 输出jvm的各种信息，如gc算法、jdk版本、ClassPath等
  • 查看/设置sysprop和sysenv
  • 查看某个类的静态属性，也可以通过ognl语法执行一些语句
  • 查看已加载的类的详细信息，比如这个类从哪个jar包加载的。也可以查看类的方法的信息
  • dump某个类的字节码到指定目录
  • 直接反编译指定的类
  • 查看类加载器的一些信息
  • 可以让jvm重新加载某个类
  • 监控方法的执行，同时可以获取到执行的入参、出参以及抛出的异常
  • 追踪方法执行的调用栈，以及各个方法的调用时间

Arthas运行原理

 

Arthas命令列表

 

athas的各个命令

sc 和 sm

  • 通过sc可以查看已加载类的相关信息，比如该类是从哪个jar包加载的，被哪个类加载器加载的，以及是否是接口等等。
  • sm查看已加载类的方法详情。

dashboard

进入当前系统的实时数据面板，按 ctrl+c 退出。这个面板会实时刷新，其中包括线程信息、内存信息、gc信息、还有一些运行时的数据。
另外，当运行在Ali-tomcat时，会显示当前tomcat的实时信息，如HTTP请求的qps, rt, 错误数, 线程池信息等等。

 

thread

通过thread命令可以查看当前jvm进程的线程详情。可以查看线程的cpu使用时间占比，通过指定各种参数可以找出最忙的几个线程，以及阻塞其他线程的线程。具体如何使用这里不多做介绍，大家可以去看arthas的官方文档。

当前最忙的前N个线程并打印堆栈
thread -i 5000 
thread -i 5000

 

jvm

通过jvm命令直接输出当前jvm的各种信息。

getstatic

通过getstatic命令可以方便的查看类的静态属性。

getstatic demo.MahtGame random

 

sysprop和sysenv

  • 通过sysprop可以查看所有的系统变量，也可以设置某个系统变量。
  • 同理，通过sysenv可以查看所有的操作系统环境变量，也可以查看设置某个环境变量。

ognl

执行ognl表达式，可执行任意代码

Ognl @demo.MathGame@random

 

动态修改日志级别

  1. 通过ognl获取对应类上的logger对象实现类
  2. sc命令来查看具体从哪个jar包里加载的，sc -d org.apache.log4j.Logger
  3. 通过ognl修改日志级别

 

更详细的介绍：https://github.com/alibaba/arthas/issues/11

dump

将已加载类的字节码dump到本地磁盘上。

jad

有时我们经常会不确定线上或者测试环境的包是否是我们修改过的，这时候就可以通过jad反编译来看下。

反编译指定已加载类的源码，jad demo.MathGame

 

classloader

将 JVM 中所有的classloader的信息统计出来，并可以展示继承树，urls等。

redafine

该命令可以加载外部的.class文件，然后覆盖 jvm已加载的类。注意，这个命令不一定都能覆盖成功，如果添加了新的field，就不会加载成功。

关于redefine，arthas的github上有个非常经典的userCase：

https://github.com/alibaba/arthas/issues/263

动态更新代码，不用重启jvm

 

watch

  • 让你能方便的观察到指定方法的调用情况。能观察到的范围为：返回值、抛出异常、入参，通过编写 OGNL 表达式进行对应变量的查看。
  • watch的使用姿势比较丰富，可以在四个不同的场景观察方法的执行。比如方法调用之前、方法调用之后、方法异常之后、方法结束之后。默认观察的是方法结束之后。
  • 如果观察的是方法结束之后的场景，由于入参可能在执行方法时被改变，所以此时输出的可能不是真正的入参。因此，要看真正的入参，要看方法调用之前的，也就是加上-b的参数。
  • 另外，使用-b参数观察的话，则观察不到方法返回的结果以及抛出的异常了。
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
condition-express条件表达式
[b]在方法调用之前观察
[e]在方法异常之后观察
[s]在方法返回之后观察
[f]在方法结束之后(正常返回和异常返回)观察
[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
[n:]只执行n次，默认会不断输出，除非用户按下cltr+c
# 观察CommonTest的test方法
# 输出 入参、返回结果、抛出的异常 —— 输出的内容可以动态调整
# 后面跟着的是 条件表达式，表示耗时超过10ms才输出
# -n 表示只执行一次，-x表示 入参和返回结果的展开层次为5层
watch *.CommonTest test "{params,returnObj,throwExp}" '#cost>10' -x 5 -n 1

# 耗时大于10ms并且第一个参数等于1才输出
watch *.CommonTest test "{params,returnObj,throwExp}" '#cost>10 && params[0]==1' -x 5 -n 1
# 第一个参数大于1 并且第二个参数等于hello才输出
watch *.CommonTest test "{params,returnObj,throwExp}" 'params[0]>1 && params[1]=="hello"' -x 5 -n 1
# 第一个参数小于5或者第二个参数等于"world"就输出
watch *.CommonTest test "{params,returnObj,throwExp}" 'params[0]<5 || params[1]=="wolrd"' -x 5 -n 1
# 第一个参数的name字段等于world时才输出。
# 由于在方法执行过程中参数的name属性可能发生改变，因此加上-b才能观察到真正的入参
watch -b *.CommonTest test "{params,returnObj,throwExp}" 'params[0].name=="wolrd"' -x 5 -n 1

# 由于同时指定了-s和-b，所以方法被调用一次，就会输出2次结果(两个场景分开输出)，分别是方法被调用前，和返回之后
# 注意，这里如果-n只设置成1，那么只会输出-b对应的输出,-s对应的输出由于没有次数了就无法输出了
watch *.CommonTest test '{params,returnObj,throwExp}' -x 5 -n 2 -s -b

在填写条件表达式时要注意一点，条件表达式中的params默认都是获取的方法执行完后的参数信息，比如入参a的属性name方法执行前是"hello",在方法执行后变成了"world",那么条件表达式传入'params[0].name="hello"'将不会输出，只有填入'params[0].name="hello"'才可以匹配上。这点对于后面的trace、stack命令也是一样的。

查看方法输入参数/返回值/异常信息，watch demo.MathGame primeFactors "{params,returnObj}" -x 2
 

monitor

monitor命令可以监控方法的执行情况。比如调用成功次数，失败次数，失败率、平均执行时间等等。默认120秒输出一次，也就是说，当我们输入monitor命令之后，每120秒就会输出一次统计结果。

通过-c参数可以修改输出频率，支持通配符和正则表达式。
monitor -c 5 demo.MathGame primeFactors
 

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，tt命令会记录每次方法调用的各种信息。它和watch有些相似但是它能记录下各个时间点的调用信息，之后随时查看，甚至replay这次调用。

trace demo.MathGame run

 

tt

timetunnel,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,同时可回放该方法调用
tt -t demo.MathGame primeFactors

 

直接重放请求参数

1.使用tt –t 类名次 方法名次
2.tt –play -i 1000

另外介绍几个我经常用的工具，jmap,jstat,jstack,dump这些基本的就不介绍了。

Tprofiler

TProfiler是一个可以在生产环境长期使用的性能分析工具.它同时支持剖析和采样两种方式,记录方法执行的时间和次数,生成方法热点 对象创建热点 线程状态分析等数据,为查找系统性能瓶颈提供数据支持.

TProfiler在JVM启动时把时间采集程序注入到字节码中,整个过程无需修改应用源码.运行时会把数据写到日志文件,一般情况下每小时输出的日志小于50M.

show-busy-java-threads

  • 查找cpu性能消耗过程
    top命令找出消耗CPU高的Java进程及其线程id：
    开启线程显示模式（top -H，或是打开top后按H）
    按CPU使用率排序（top缺省是按CPU使用降序，已经合要求；打开top后按P可以显式指定按CPU使用降序）
    记下Java进程id及其CPU高的线程id
  • 查看消耗CPU高的线程栈：
    用进程id作为参数，jstack出有问题的Java进程
    手动转换线程id成十六进制（可以用printf %x 1234）
    在jstack输出中查找十六进制的线程id（可以用vim的查找功能/0x1234，或是grep 0x1234 -A 20）
  • 查看对应的线程栈，分析问题
    查问题时，会要多次上面的操作以分析确定问题，这个过程太繁琐太慢了。
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Arthas

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