用JVM工具接口創(chuàng)建調(diào)試和分析代理

2019-11-18 11:02:07

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供稿：網(wǎng)友

　　java 虛擬機(jī)工具接口（Java Virtual Machine Tool Interface，JVMTI）提供了一種編程接口，答應(yīng)軟件開發(fā)人員創(chuàng)建軟件代理以監(jiān)視和控制 Java 編程語言應(yīng)用程序。JVMTI 是 Java 2 Software Development Kit (SDK), Standard Edition, 版本 1.5.0 中的一種新增功能。它取代了 Java Virtual Machine PRofiling Interface (JVMPI)，從版本 1.1 起即作為 Java 2 SDK 的一種實(shí)驗(yàn)功能包括在內(nèi)。在 JSR-163 中對 JVMTI 進(jìn)行了有關(guān)說明。

　　本文闡述如何使用 JVMTI 創(chuàng)建 Java 應(yīng)用程序的調(diào)試和分析工具。這種工具（也稱作代理）在應(yīng)用程序中發(fā)生事件時(shí)，能夠使用該接口提供的功能對事件通知進(jìn)行注冊，并查詢和控制該應(yīng)用程序。這里提供了 JVMTI 的文檔資料。JVMTI 代理對于調(diào)試和調(diào)優(yōu)應(yīng)用程序十分有用。它可以對應(yīng)用程序的各個(gè)方面予以說明，如內(nèi)存分配情況、CPU 利用情況及鎖爭奪情況。

　　盡管 JVMPI 現(xiàn)在仍處于實(shí)驗(yàn)階段，很多 Java 技術(shù)開發(fā)人員已經(jīng)在使用它了，而且已經(jīng)把它應(yīng)用到多種市場上提供的 Java 應(yīng)用程序 Profiler。請注重，極力鼓勵(lì)開發(fā)人員使用 JVMTI 而不使用 JVMPI。JVMPI 在不久的將來將被廢止。

　　JVMTI 在多個(gè)方面改進(jìn)了 JVMPI 的功能和性能。例如：

　　1) JVMTI 依靠于每個(gè)事件的回調(diào)。這比 JVMPI 設(shè)計(jì)使用需要編組和取消編組的事件結(jié)構(gòu)更有效。

　　2)　JVMTI 包含四倍于 JVMPI 的函數(shù)（包括用于獲取關(guān)于變量、字段、方法和類的信息的更多函數(shù)）。有關(guān) JVMTI 函數(shù)的完整索引，請參見函數(shù)索引頁。

　　3)　JVMTI 比 JVMPI 提供更多類型的事件通知，包括異常事件、字段訪問和修改事件、斷點(diǎn)和單步驟事件等。

　　有些從未被充分利用的 JVMPI 事件，如 Arena 的 new 和 delete，或者通過字節(jié)碼工具很輕易就能獲得的內(nèi)容，或者 JVMTI 函數(shù)本身（如 heap dump 和 object allocation）往往被丟掉。對這些事件的描述位于事件索引頁。

　　JVMTI 是基于功能的，而 JVMPI 對于相應(yīng)性能影響卻是“要么全有，要么全無”。

　　JVMPI 堆功能不可伸縮。

　　JVMPI 沒有錯(cuò)誤返回信息。

　　JVMPI 在 VM 實(shí)現(xiàn)方面具有很強(qiáng)的侵入性，輕易導(dǎo)致維護(hù)問題和性能受損。

　　JVMPI 是個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，不久將廢止。

　　在本文的以下部分，我們介紹一個(gè)簡單代理，它使用 JVMTI 函數(shù)從 Java 應(yīng)用程序提取信息。代理的編寫必須使用本地代碼。這里給出的示例代理是使用 C 語言編寫的。您可以于此下載完整的示例代理代碼。下面幾段介紹如何初始化一個(gè)代理，以及代理如何使用 JVMTI 函數(shù)提取關(guān)于 Java 應(yīng)用程序的信息，以及如何編譯和運(yùn)行代理。此示例代碼和編譯步驟特定于 UNIX 環(huán)境，但是經(jīng)過修改后也可用于 Windows。這里介紹的代理可用于在任何 Java 應(yīng)用程序中分析線程和確定 JVM 內(nèi)存使用情況。

　　這里包含一個(gè)用 Java 語言編寫的簡單程序，稱作 SimpleThread.java，并可從這里下載。我們使用 ThreadSample.java 演示此代理的預(yù)期輸出。

　　JVMTI 的功能很多，在此無法詳述；但本文中的代碼可以提供一個(gè)出發(fā)點(diǎn)，讓您去開發(fā)符合自己特定需求的分析工具。

　　代理初始化

　　本節(jié)介紹用于初始化代理的代碼。首先，代理必須包括 jvmti.h 文件，語句為 #include <jvmti.h>。

　　另外，代理必須包含一個(gè)名為 Agent_OnLoad 的函數(shù)，加載庫時(shí)要調(diào)用這一函數(shù)。Agent_OnLoad 函數(shù)用于在初始化 Java virtual machine (JVM) 之前設(shè)置所需的功能。Agent_OnLoad 簽名如下所示：

JNIEXPORT jint JNICALL Agent_OnLoad(JavaVM *jvm, char *options, void *reserved) {
...

/* We return JNI_OK to signify sUCcess */
return JNI_OK;
}
　　在我們的示例代碼中，我們必須為將要使用的 JVMTI 函數(shù)和事件啟用多種功能。一般情況下均需（在某些情況下必須）將這些功能添加到 Agent_OnLoad 函數(shù)中。有關(guān)每種函數(shù)或事件所需的功能的說明，參見 Java 虛擬機(jī)工具接口頁。例如，要使用 InterruptThread 函數(shù)，can_signal_thread 功能必須為 true。我們把示例所需的全部功能都設(shè)置為 true，然后使用 AddCapabilities 函數(shù)將它們添加到 JVMTI 環(huán)境中：

static jvmtiEnv *jvmti = NULL;
static jvmtiCapabilities capa;
jvmtiError error;

...

(void)memset(&capa, 0, sizeof(jvmtiCapabilities));
capa.can_signal_thread = 1;
capa.can_get_owned_monitor_info = 1;
capa.can_generate_method_entry_events = 1;
capa.can_generate_exception_events = 1;
capa.can_generate_vm_object_alloc_events = 1;
capa.can_tag_objects = 1;

error = (*jvmti)->AddCapabilities(jvmti, &capa);
check_jvmti_error(jvmti, error, "Unable to get necessary JVMTI capabilities.");
...
　　此外，Agent_OnLoad 函數(shù)通常用于注冊事件通知。在此示例中，我們在使用 SetEventNotificationMode 函數(shù)的 Agent_OnLoad 中啟用了多個(gè)事件，如 VM Initialization Event、VM Death Event 和 VM Object Allocation, 如下所示：

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