【工具学习】Arthas Java应用监控工具 - hippowc/hippowc.github.io GitHub Wiki
Arthas是Alibaba开源的Java诊断工具 git地址：https://github.com/alibaba/arthas
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。
原理
JVM Attach机制
当我们感觉线程一直卡在某个地方，想知道卡在哪里，首先想到的是进行线程dump，而常用的命令是jstack ，就可以看到线程栈了；可能会看到两个线程：”Attach Listener”和“Signal Dispatcher”，Attach Listener这个线程在jvm起来的时候可能并没有的；
Attach机制说简单点就是jvm提供一种jvm进程间通信的能力，能让一个进程传命令给另外一个进程，并让它执行内部的一些操作，比如说我们为了让另外一个jvm进程把线程dump出来，那么我们跑了一个jstack的进程，然后传了个pid的参数，告诉它要哪个进程进行线程dump，既然是两个进程，那肯定涉及到进程间通信，以及传输协议的定义，比如要执行什么操作，传了什么参数等
可以做什么
内存dump，线程dump，类信息统计(比如加载的类及大小以及实例个数等)，动态加载agent(使用过btrace的应该不陌生)，动态设置vm flag(但是并不是所有的flag都可以设置的，因为有些flag是在jvm启动过程中使用的，是一次性的)，打印vm flag，获取系统属性等，这些对应的源码(AttachListener.cpp)如下
static AttachOperationFunctionInfo funcs[] = {
{ "agentProperties", get_agent_properties },
{ "datadump", data_dump },
{ "dumpheap", dump_heap },
{ "load", JvmtiExport::load_agent_library },
{ "properties", get_system_properties },
{ "threaddump", thread_dump },
{ "inspectheap", heap_inspection },
{ "setflag", set_flag },
{ "printflag", print_flag },
{ "jcmd", jcmd },
{ NULL, NULL }
};
Attach的启动
jvm在启动过程中可能并没有启动Attach Listener这个线程，可以通过jvm参数来启动；默认Attack Listener不会启动；但是另外一个线程“Signal Dispatcher”在jvm启动的时候就会创建的
以jstack的实现来说明触发Attach这一机制进行的过程，jstack命令的实现其实是一个叫做JStack.java的类，我们精简下代码
VirtualMachine vm = null;
vm = VirtualMachine.Attach(pid);
InputStream in = ((HotSpotVirtualMachine)vm).remoteDataDump((Object[])args);
// 打印信息
linux下线程是用进程实现的，在jvm启动过程中会创建很多线程，比如我们上面的信号线程，也就是会看到很多的pid(应该是LWP)，那么如何找到这个信号处理线程呢，从上面实现来看是找到我们传进去的pid的父进程，然后给它的所有子进程都发送一个SIGQUIT信号，而jvm里除了信号线程，其他线程都设置了对此信号的屏蔽，因此收不到该信号，于是该信号就传给了“Signal Dispatcher”
看到创建了一个线程，并且取名为Attach Listener，创建了一个监听套接字，并创建了一个文件/tmp/.java_pid，这个文件就是客户端之前一直在轮询等待的文件，随着这个文件的生成，意味着Attach的过程圆满结束了。
Attach接受请求
Attach可以执行的命令是规定好的，如AttachOperationFunctionInfo这个文件所示
从队列里不断取AttachOperation，然后找到请求命令对应的方法进行执行，比如我们一开始说的jstack命令，找到 { “threaddump”, thread_dump }的映射关系，然后执行thread_dump方法
如果没有请求的话，会一直accept在那里，当来了请求，然后就会创建一个套接字，并读取数据，构建出LinuxAttachOperation返回并执行。
Instrumentation -- 仪表
java.lang.instrument 做动态 Instrumentation 是 Java SE 5 的新特性，它把 Java 的 instrument 功能从本地代码中解放出来，使之可以用 Java 代码的方式解决问题。使用 Instrumentation，开发者可以构建一个独立于应用程序的代理程序（Agent），用来监测和协助运行在 JVM 上的程序，甚至能够替换和修改某些类的定义。有了这样的功能，开发者就可以实现更为灵活的运行时虚拟机监控和 Java 类操作了，这样的特性实际上提供了一种虚拟机级别支持的 AOP 实现方式，使得开发者无需对 JDK 做任何升级和改动，就可以实现某些 AOP 的功能了。
Java SE 6 里面，instrumentation 包被赋予了更强大的功能：启动后的 instrument、本地代码（native code）instrument，以及动态改变 classpath 等等。这些改变，意味着 Java 具有了更强的动态控制、解释能力
Java SE6 里面，最大的改变使运行时的 Instrumentation 成为可能。在 Java SE 5 中，Instrument 要求在运行前利用命令行参数或者系统参数来设置代理类，在实际的运行之中，虚拟机在初始化之时（在绝大多数的 Java 类库被载入之前），instrumentation 的设置已经启动
但是在实际的很多的情况下，我们没有办法在虚拟机启动之时就为其设定代理，这样实际上限制了 instrument 的应用。而 Java SE 6 的新特性改变了这种情况，通过 Java Tool API 中的 attach 方式，我们可以很方便地在运行过程中动态地设置加载代理类，以达到 instrumentation 的目的
Instrumentation 的基本功能和用法
“java.lang.instrument”包的具体实现，依赖于 JVMTI。JVMTI（Java Virtual Machine Tool Interface）是一套由 Java 虚拟机提供的
而在 Java SE 6 中，JVMPI 和 JVMDI 已经消失了。JVMTI 提供了一套”代理”程序机制，可以支持第三方工具程序以代理的方式连接和访问 JVM，并利用 JVMTI 提供的丰富的编程接口，完成很多跟 JVM 相关的功能。在 Java SE 5 的基础上，Java SE 6 针对这种状况做出了改进，开发者可以在 main 函数开始执行以后，再启动自己的 Instrumentation 程序。
“agentmain”方法，可以在 main 函数开始运行之后再运行。开发者必须在 manifest 文件里面设置“Agent-Class”来指定包含 agentmain 函数的类。agentmain 需要在 main 函数开始运行后才启动，这样的时机应该如何确定呢，这样的功能又如何实现呢？
这就是 Java SE 6 当中提供的 Attach API。Attach API 很简单，只有 2 个主要的类，都在 com.sun.tools.attach 包里面： VirtualMachine 代表一个 Java 虚拟机，也就是程序需要监控的目标虚拟机，提供了 JVM 枚举，Attach 动作和 Detach 动作（Attach 动作的相反行为，从 JVM 上面解除一个代理）等等，整个过程的伪代码如下
// 模拟一个类替换的过程
// 被替换的类
class xxx{}
// 编写agent，这个要被打成一个jar包
public static void agentmain
// 编写Attach程序，将agent加载进去
vm = VirtualMachine.attach(vmd);
vm.loadAgent(jar);
Arthas实现
基于以上两个特性，是的线上监控成为可能。agent被加载到目标应用之后：
- 把Arthas所包含的jar包加入到目标java进程的BootstrapClassLoader中；
- 生成一个Arthas专用的classloader来加载Arthas类；
- 使用Arthas专用classloader来加载一些必须的类，其中最重要的是com.taobao.arthas.core.server.ArthasServer
ArthasServer这个server就是应用中的【间谍】，可以在应用中做任何事情。一个重要的应用：AdviceWeaver；AdviceWeaver继承自ASM的ClassVisitor可以对代码进行增强。
是否会有副作用
织入的代码在agent断开连接后是否会解除？应该是可以的，应为是动态织入，代理类没有了，那么增强类也会消失，具体需要查看ASM如何实现