Question

我希望动态构建调用图，从任意方法调用开始，或者从正在运行的JVM本身更容易的新线程开始。（这个软件将成为负载测试另一个消耗调用图的软件的测试工具）

我知道有一些SPI接口，但看起来你需要用它们运行-javaagent标志。我想直接在VM本身访问它。

理想情况下，我想获得每个方法调用的入口和出口的回调，该方法调用的参数以及该方法中的时间。显然在一个线程内。

我知道AOP可能会这样做，但我只是想知道JDK中是否有工具可以让我捕获它。

Answer 1

JVM没有提供此类API，即使是以-javaagent开头的代理也是如此。 JVM TI是为使用-agent选项或调试器启动的本机代理提供的本机接口。 Java代理可能使用Instrumentation API，它提供了类检测的低级功能，但没有直接的分析功能。

有两种类型的分析实现，通过采样和通过检测。

采样通过定期记录堆栈跟踪（样本）来工作。这不会跟踪每个方法调用，但仍会检测到记录的堆栈跟踪中多次出现的热点。优点是它不需要代理也不需要特殊的API，您可以控制分析器的开销。您可以通过ThreadMXBean实现它，它允许您获取所有正在运行的线程的堆栈跟踪。实际上，即使是Thread.getAllStackTraces()也可以，但ThreadMXBean提供了有关线程的更详细信息。

因此，主要任务是为堆栈跟踪中找到的方法实现有效的存储结构，即将同一方法的出现折叠为单个调用树项。

以下是一个非常简单的采样器在自己的JVM上工作的例子：

import java.lang.Thread.State;
import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.lang.management.ThreadInfo;
import java.lang.management.ThreadMXBean;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Sampler {
  private static final ThreadMXBean TMX=ManagementFactory.getThreadMXBean();
  private static String CLASS, METHOD;
  private static CallTree ROOT;
  private static ScheduledExecutorService EXECUTOR;

  public static synchronized void startSampling(String className, String method) {
    if(EXECUTOR!=null) throw new IllegalStateException("sampling in progress");
    System.out.println("sampling started");
    CLASS=className;
    METHOD=method;
    EXECUTOR = Executors.newScheduledThreadPool(1);
    // "fixed delay" reduces overhead, "fixed rate" raises precision
    EXECUTOR.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
      public void run() {
        newSample();
      }
    }, 150, 75, TimeUnit.MILLISECONDS);
  }
  public static synchronized CallTree stopSampling() throws InterruptedException {
    if(EXECUTOR==null) throw new IllegalStateException("no sampling in progress");
    EXECUTOR.shutdown();
    EXECUTOR.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.DAYS);
    EXECUTOR=null;
    final CallTree root = ROOT;
    ROOT=null;
    return root;
  }
  public static void printCallTree(CallTree t) {
    if(t==null) System.out.println("method not seen");
    else printCallTree(t, 0, 100);
  }
  private static void printCallTree(CallTree t, int ind, long percent) {
    long num=0;
    for(CallTree ch:t.values()) num+=ch.count;
    if(num==0) return;
    for(Map.Entry<List<String>,CallTree> ch:t.entrySet()) {
      CallTree cht=ch.getValue();
      StringBuilder sb = new StringBuilder();
      for(int p=0; p<ind; p++) sb.append(' ');
      final long chPercent = cht.count*percent/num;
      sb.append(chPercent).append("% (").append(cht.cpu*percent/num)
        .append("% cpu) ").append(ch.getKey()).append(" ");
      System.out.println(sb.toString());
      printCallTree(cht, ind+2, chPercent);
    }
  }
  static class CallTree extends HashMap<List<String>, CallTree> {
    long count=1, cpu;
    CallTree(boolean cpu) { if(cpu) this.cpu++; }
    CallTree getOrAdd(String cl, String m, boolean cpu) {
      List<String> key=Arrays.asList(cl, m);
      CallTree t=get(key);
      if(t!=null) { t.count++; if(cpu) t.cpu++; }
      else put(key, t=new CallTree(cpu));
      return t;
    }
  }
  static void newSample() {
    for(ThreadInfo ti:TMX.dumpAllThreads(false, false)) {
      final boolean cpu = ti.getThreadState()==State.RUNNABLE;
      StackTraceElement[] stack=ti.getStackTrace();
      for(int ix = stack.length-1; ix>=0; ix--) {
        StackTraceElement ste = stack[ix];
        if(!ste.getClassName().equals(CLASS)||!ste.getMethodName().equals(METHOD))
          continue;
        CallTree t=ROOT;
        if(t==null) ROOT=t=new CallTree(cpu);
        for(ix--; ix>=0; ix--) {
          ste = stack[ix];
          t=t.getOrAdd(ste.getClassName(), ste.getMethodName(), cpu);
        }
      }
    }
  }
}

分析器寻找每个方法调用而不通过调试API使用检测来向他们感兴趣的每个方法添加通知代码。优点是他们永远不会错过方法调用，但另一方面他们正在增加显着的开销在搜索热点时可能影响结果的执行。而且实施起来更复杂。我无法为您提供这种字节码转换的代码示例。

Instrumentation API仅提供给Java代理，但是如果您想进入Instrumentation方向，这里有一个程序演示如何连接到自己的JVM并将自身加载为Java代理：

import java.io.*;
import java.lang.instrument.Instrumentation;
import java.lang.management.ManagementFactory;
import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.UUID;
import java.util.zip.ZipEntry;
import java.util.zip.ZipOutputStream;

// this API comes from the tools.jar of your JDK
import com.sun.tools.attach.*;

public class SelfAttacher {

  public static Instrumentation BACK_LINK;

  public static void main(String[] args) throws Exception {
 // create a special property to verify our JVM connection
    String magic=UUID.randomUUID().toString()+'/'+System.nanoTime();
    System.setProperty("magic", magic);
 // the easiest way uses the non-standardized runtime name string
    String name=ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
    int ix=name.indexOf('@');
    if(ix>=0) name=name.substring(0, ix);
    VirtualMachine vm;
    getVM: {
      try {
      vm = VirtualMachine.attach(name);
      if(magic.equals(vm.getSystemProperties().getProperty("magic")))
        break getVM;
      } catch(Exception ex){}
 //   if the easy way failed, try iterating over all local JVMs
      for(VirtualMachineDescriptor vd:VirtualMachine.list()) try {
        vm=VirtualMachine.attach(vd);
        if(magic.equals(vm.getSystemProperties().getProperty("magic")))
          break getVM;
        vm.detach();
      } catch(Exception ex){}
 //   could not find our own JVM or could not attach to it
      return;
    }
    System.out.println("attached to: "+vm.id()+'/'+vm.provider().type());
    vm.loadAgent(createJar().getAbsolutePath());
    synchronized(SelfAttacher.class) {
      while(BACK_LINK==null) SelfAttacher.class.wait();
    }
    System.out.println("Now I have hands on instrumentation: "+BACK_LINK);
    System.out.println(BACK_LINK.isModifiableClass(SelfAttacher.class));
    vm.detach();
  }
 // create a JAR file for the agent; since our class is already in class path
 // our jar consisting of a MANIFEST declaring our class as agent only
  private static File createJar() throws IOException {
    File f=File.createTempFile("agent", ".jar");
    f.deleteOnExit();
    Charset cs=StandardCharsets.ISO_8859_1;
    try(FileOutputStream fos=new FileOutputStream(f);
        ZipOutputStream os=new ZipOutputStream(fos)) {
      os.putNextEntry(new ZipEntry("META-INF/MANIFEST.MF"));
      ByteBuffer bb = cs.encode("Agent-Class: "+SelfAttacher.class.getName());
      os.write(bb.array(), bb.arrayOffset()+bb.position(), bb.remaining());
      os.write(10);
      os.closeEntry();
    }
    return f;
  }
 // invoked when the agent is loaded into the JVM, pass inst back to the caller
  public static void agentmain(String agentArgs, Instrumentation inst) {
    synchronized(SelfAttacher.class) {
      BACK_LINK=inst;
      SelfAttacher.class.notifyAll();
    }
  }
}

Answer 2

您可以修改每个方法的字节码，添加例程以记录方法的进入/退出事件。 Javassist将帮助您http://www.csg.ci.i.u-tokyo.ac.jp/~chiba/javassist/

另请查看一个很好的教程：https://today.java.net/pub/a/today/2008/04/24/add-logging-at-class-load-time-with-instrumentation.html

java是否有任何机制让VM自己跟踪方法调用，而不使用javaagent等？

2 个答案: