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JMX在Tomcat中的应用

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一、 JMX 简单介绍

Tomcat 从 5.0 版本开始引入 JMX ,力图使 JMX 成为 Tomcat 未来版本的管理工具和平台。首先,让我们来对 JMX 做一个简单了解。 JMX 是 Java Management Extension 的缩写,可译为 Java 管理工具扩展,扩展的意思就是 JMX 不包含在标准的 J2SE 中,我们必须要另外下载 JMX RI 的实现。不过,这种把 JMX 排除在 J2SE 之外的情况已经成为历史了, J2SE5.0 和 J2SE6.0 都已经包含了 JMX 的标准实现。这说明, JMX 已经成为 J2SE 不可分割的一部分,另外一方面, JMX 已经成为 Java 平台上管理工具的事实标准,在业界广泛使用。例如, JBOSS 就是以 JMX 为微内核, Web 应用模块和其它功能模块都可热插拨到这个微内核,将 JMX 的管理功能发挥得淋漓尽致。从当前业界使用情况看, JMX 中的 X(Extension ,扩展 ) 应该去掉,改名为 Java Management Standard Platform (JMSP , Java 管理标准平台 ) 更加合适。为了向下兼容,我们姑且还是称之为 JMX 吧。

JMX 要管理的对象是什么呢,是资源。什么是资源,资源是指企业中的的各种应用软件和平台,举例来说,一个公司内部可能有许多应用服务器、若干 Web 服务器、一台至多台的数据库服务器及文件服务器等等,那么,如果我们想监视数据库服务器的内存使用情况,或者我们想更改应用服务器上 JDBC 最大连接池的数目,但我们又不想重启数据库和应用服务器,这就是典型意义上的资源管理,即对我们的资源进行监视 (Monitoring ,查看 ) 和管理 (Management ,更改 ) ,这种监视和更改不妨碍当前资源的正常运行。对资源进行适当的监测和管理,可以让我们的 IT 资源尽可能的平稳运行,可以为我们的客户提供真正意思上的 24 × 7 服务。在资源耗尽或者在硬件出故障之前,我们就可以通过管理工具监测到,并通过管理工具进行热调整和插拔。独孤九剑,料敌机先,适当的资源管理就是我们料敌机先的工具,可以让我们立于 IT 服务的不败之地。在 Sun 公司提出 JMX(JSR174) 以前,人们通常都是使用 SNMP 对网络上的资源进行管理。 SNMP 的主要问题是入门门槛太高,不容易使用。所以 Sun 提出了 JSR174 倡议并且提供了一套 JMX 的参考实现。

从技术上说, JMX 整体架构可分为三层,即资源植入层 (Instrumentation Level ,可能有更好的译法? ) 、代理层 (Agent Level) 和管理层 (Manager Level) ,简述如下:

资源植入层 (Instrumentation Level) :该层包含 MBeans 及这些 MBeans 所管理的资源, MBeans 是一个 Java 对象,它必须实现 JMX 规范中规定的接口。按照 JMX 规范,在 MBeans 对象的接口中,我们可以指定管理层可以访问资源的哪些属性,可以调用资源的哪些方法,并且,在资源的属性发生变化是,我们的 MBeans 可以发出消息,通知对这些属性变化感兴趣的其它对象。 JMX 规范定义了四种 MBeans ,它们分别是标准 MBeans(Standard MBeans) 、动态 MBeans(Dynamic MBeans) 、开放 MBeans(Open MBeans) 和模态 MBeans(Model MBeans) 。

代理层 (Agent Level) :代理层的目的就是要把 MBeans 中实现的接口暴露给管理层,该层通常由 MBean Server 和 Agent Services 构成, MBean Server 就是一个 MBeans 对象注册器,所有的资源 MBeans 都注册到这个 MBean Server ,对象管理器或者其它的管理层应用程序可以通过访问 MBean Server ,从而可以访问 MBean Server 中注册的 MBeans ,当然也就可以监视和管理和这些 MBeans 绑定的资源。

管理层 (Manager Level) :又称之为分布式服务层 (Distributed Services) ,顾名思义,该层主要包含一些管理应用程序,这些程序可以访问和操作 JMX 代理层 (Agent Level) 。这些管理应用程序可以是一个 Web 应用,也可能是一个 Java SWT 应用程序。
下面,我们举一个简单的例子,理解一下 JMX 中中的各个概念。我们家有一个中央热水系统 (Central Heater System) ,它是我们家的一个资源,现在我们想通过 JMI 进行管理。现有的代码如下所示,当然,为简单起见,我们略去了一些 JNI 调用代码,因为厂家提供的 API 是用 C 语言写的。

a) 热水器接口 ( CentralHeaterInf .java ) 的现有代码:
package carl.test.jmx; 

/** 
* The interface of Central Heater 
* @author carlwu 
* 
*/ 
public interface CentralHeaterInf { 

/** 
* The heater is provided by British Gas Company 
*/ 
public final static String HEATER_PROVIDER = "British Gas Company" ; 

/** 
* Get current temperature of heater 
* @return the temperature of the heater 
*/ 
public int getCurrentTemperature(); 


/** 
* Set the new temperature 
* @param newTemperature 
*/ 
public void setCurrentTemperature( int newTemperature); 


/** 
* Turn on the heater 
*/ 
public void turnOn(); 


/** 
* Turn off the heater 
*/ 
public void turnOff(); 

} 


b) 热水器实现代码的现有代码 (CentralHeaterImpl .java )
/** 
* The implemenation of Central Heater 
* @author carlwu 
* 
*/ 
package carl.test.jmx; 

public class CentralHeaterImpl implements CentralHeaterInf { 

int currentTemperature ; 
public int getCurrentTemperature() { 
  return currentTemperature ; 
} 

public void setCurrentTemperature( int newTemperature) { 
  currentTemperature =newTemperature; 
} 

public void turnOff() { 
  System. out .println( "The heater is off. " ); 
} 

public void turnOn() { 
  System. out .println( "The heater is on. " ); 
} 

} 


1.1 资源植入层 (Instrumentation Level) 代码示例

我们如何让 JMX 对我们的中央热水器进行管理呢 ? 首先,我们并不想让远程管理者能够关闭我们的中央热水器,因为热水器一旦关上,我们再也无法访问厂家提供的 API 。既然不能关闭它,我们的 MBeans 中也就不需要打开 (turnOn) 方法。所以,我们简单定义的 MBeans 接口如下:
package carl.test.jmx; 

/** 
* @author carlwu 
* 
*/ 

public interface CentralHeaterImplMBean { 

/** 
* return the heater provider 
* @return 
*/ 
public String getHeaterProvider(); 

/** 
* Get current temperature of heater 
* @return the temperature of the heater 
*/ 
public int getCurrentTemperature(); 


/** 
* Set the new temperature 
* @param newTemperature 
*/ 
public void setCurrentTemperature( int newTemperature); 

/** 
* Print the current temperature of the heater 
* @return the string of current temperature 
*/ 
public String printCurrentTemperature(); 

} 

上面的 MBean 接口及其简单,意义也非常明显,我们只向管理程序公开热水器的生产厂家 ( 该属性为只读,管理程序不能更改热水器的生产厂家 ) ,但管理程序可以获取并更改当前热水器的温度,并且可以打印出热水器的当前温度。

接下来,我们要做的,就是更改我们已有的 CentralHeaterImpl.java 代码,让它实现 CentralHeaterImplMBean 接口,同时实现 CentralHeaterImplMBean MBean 中规定的所有方法。 CentralHeaterImpl.java 更改后的源代码如下:
/** 
* The implemenation of Central Heater 
* @author carlwu 
* 
*/ 
package carl.test.jmx; 


public class CentralHeaterImpl implements CentralHeaterInf,CentralHeaterImplMBean { 

int currentTemperature ; 

public int getCurrentTemperature() { 
  return currentTemperature ; 
} 

public void setCurrentTemperature( int newTemperature) { 
  currentTemperature =newTemperature; 
} 

public void turnOff() { 
  System. out .println( "The heater is off. " ); 
} 

public void turnOn() { 
  System. out .println( "The heater is on. " ); 

} 



public String getHeaterProvider() { 
  // TODO Auto-generated method stub 
  return HEATER_PROVIDER ; 

} 



public String printCurrentTemperature() { 

  String printMsg= "Current temperature is:" + currentTemperature ; 
  System. out .println(printMsg); 
  return printMsg; 
} 

} 

到此为止,我们的资源植入层 (Instrumentation Level) 的代码全部完成,它主要由一个 MBean(CentralHeaterImplBean) 及其实现类 CentralHeaterImpl 组成,在 CentralHeaterImplBean 这个 MBean 接口中,我们说明了要向管理程序暴露的属性和方法,在本例中,我们的管理程序可以访问热水器的生产厂家信息,同时还可以获取和设置并打印热水器的温度。在 MBean 的实现类中,我们实现了 MBean 接口中规定的所有方法。

然而,在上面的实现中,我们更改已有的 CentralHeaterImpl.java 代码。但从代码编写的角度看,这种做法违反了软件设计的基本原则 — 开闭原则。我们已有的 CentralHeaterImpl.java 类已经经过多次测试,消除了所有的 Bug ,现在为了支持 JMX ,我又增加方法,又修改代码,这会让原本运行得很好的系统重新产生 Bug 。您不妨思考一下,如何不修改 CentralHeaterImpl 类的代码,但又让使 JMX 能够管理我们家的热水器呢?请参考本文的附录,看看您的想法是否比我提供的参考实现高明些?

1.2 代理层 (Agent Level) 示例代码
import java.lang.management.ManagementFactory; 
import javax.management.MBeanServer; 
import javax.management.ObjectName; 

/** 
* @author carlwu 
* 
*/ 
public class CentralHeaterAgent { 
private static MBeanServer mBeanServer ; 
/** 
* @param args 
*/ 

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

  ObjectName oname; 
  // get the default MBeanServer from Management Factory 

  mBeanServer = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer (); 
  // try { 
  // create a instance of CentralHeaterImpl class 
  CentralHeaterInf centralHeater = new CentralHeaterImpl(); 

  // assign a Object name to above instance 
  oname = new ObjectName( "MyHome:name=centralheater" ); 

  // register the instance of CentralHeaterImpl to MBeanServer 
  mBeanServer .registerMBean(centralHeater, oname); 

  System. out .println( "Press any key to end our JMX agent..." ); 
  System. in .read(); 

} 

} 


您可以看到,上面的代理层代码异常简单。前面讲过,代理层中最重要的对象就是 MBeanServer ,我们可以把 MBeanServer 理解为一个全局的 HashMap ,所有的 MBeans 都通过唯一的名字注册到这个 HashMap ,这个 HashMap 可以跨越 JVM 访问,甚至可以通过 RMI 、 Http 及其它手段跨越网络传输到其它机器,让其它机器也能访问这个 MBeanServer 中注册的对象。下面我们稍微理解一下代理层代码,在 main() 方法中,

a)   首先我们从 ManagementFactory 的工厂方法中获得 MBeanServer 对象;

b)   然后实例化我们的热水器对象,注意这个对象声明为 CentralHeaterInf ,而不是 CentralHeaterImplMBean 。 JMX 规范并没有规定对象声明,只要这个对象实现了一个以 SomethingMBean 命名的接口或父类即可;

c)   接下来通过 new ObjectName(String) 构造函数给我们的 MBean 一个全局的名字,这个名字一般的格式是: ” 域名 : 属性 1=*, 属性 2=*,…” 构成;

d)   第四步,我们调用 MBeanServer 的 regiesterBean 方法,通过第三步声明的全局名字把我们的 MBean 实例注册到 MBeanServer 。

这几步都非常简单明了。下面我们在 Eclipse 中运行代理层代码,运行时,请加上下面几个 JVM 运行时参数:
-Dcom.sun.management.jmxremote 
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=9999 
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl="false" 
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate="false" 

这四个 JVM 运行时参数的意义是, MBeanServer 允许其它管理程序通过 RMI 方式访问, RMI 端口是 9999 , RMI 不使用 SSL 协议,也不需要验证。 Eclipse 的 Run 窗口如下:


然后,请在上面的窗口中点击 Run( 运行 ) 按钮,运行代理层程序。

1.3 管理层代码

管理层代码编写起来其实也比较简单,但如果您要求界面比较完美,并且您也不想卷入到 AWT 加 Swing 的面条代码中,您最好直接使用 JDK 自带的 JConsole.exe 程序,这个程序位于 JDK\bin 目录下,可直接运行。下面我们观察管理程序在远程和本地运行情况。

a)   远程运行 JConsole 管理程序

请双击 JConsole.exe 或者通过命令行在本机上启动 JConsole.exe ,在 JConsole 的连接界面,选择远程连接,然后输入 RMI 地址和端口号,本例为 localhost:9999 ,注意确保我们上面编写的 CentralHeaterAgent 代理处于运行状态,远程连接界面如下图所示:


连接成功后,请点击 MBean 标签,并展开 MyHome 节点,我们可以观察到 CentralHeaterImplMBean 中暴露给管理程序所有的属性和方法,如下图所示:



我们在 CentralHeaterImplMBean 接口中规定, CurrentTemperature 属性是可以更改的,所以上图中 CurrentTemperature 的值显示为绿色,表示远程管理者可以调节;但 HeaterProvider( 生产厂家 ) 的属性是不能更改的,所以其值显示为灰色。现在,我们以远程管理用户的身份,把 CurrentTemperature 属性的值改为 25 ,并按回车或者点击刷新按钮,接下来您可以在上面的界面中,调用操作方法 printCurrentTemperature() ,您会在弹出的对话框中看到“ Current temperature is:25 ”的字样,这说明我们的温度更改成功。请注意这是通过远程 RMI 完成的。

b)   本地运行 JConsole 管理程序

请关闭上步中打开的 JConsole ,然后重新运行 JConsole.exe 程序,选择本地进程中的 carl.test.jmx.CentralHeaterAgent 程序,并单击“连接”按钮,图示如下。


您在本地的管理程序中可以观察到, MyHome 节点下的 centralheater 的 CurrentTemperature 的值已经改为 25 ,这个更改时通过远程方式完成的。

到此为止, JMX 的小例子就结束了,您可能有些疑惑。 a) 首先, JMX 从表现形式上看似 RMI 或者 EJB ,是一种分布式计算,对吗? b) 其次,我们在注册 MBean 时,开始声明了一个 MBean 对象,然后把这个对象注册到 MBeanServer ,那么,所有的操作都只能操纵这个对象,对吧?假设我们在程序的其它地方,又新创建了这个 MBean 的另一个实例,这时,我们如何管理这个新创建的实例呢?

我们先来思考一下 JMX 和 RMI/EJB 的区别, RMI/EJB 是分布式计算的一种,它们通过 Stub 和 Skeleon 的方式,在服务器和客户端之间传输 Bean 实例,所以客户端必须知道服务器端 Bean 的接口;客户端可以获得服务器端的实例对象,并能调用这个实例对象的方法,被调用的方法其实是在客户端运行的,方法的运行需要占用客户端资源。但 JMX 不同, JMX 管理程序 ( 类似于 EJB/RMI 的客户端 ) 不需要了解服务器中 Bean 的任何接口的信息,更不需要从服务器上获取正在运行的实例,所有方法的调用均在服务器端完成,管理程序只是用来监视或者管理服务器中注册的 MBeans 。

再说说 JMX 如何管理新实例的问题,我们知道, JMX 管理的是资源。何谓资源,资源一般代表真实存在的事物。比如说上面例子中的热水器,我们家只有一个热水器,所以一个 MBean 的实例足矣,不必使用 new 来创建另一个实例。但是,您可能会问,我们家假如有两个热水器怎么办?在这种情况下,我们需要两个 MBean 的实例,把它们分别命名为 "MyHome:name=centralheater_1" 和 "MyHome:name=centralheater_2" ,并注册到 MBeanServer ,这两个热水器之间没有任何关系,就和 Java 中同一个类的两个实例类似。当然,同一个类的两个实例之间可以通过 static 属性共享资源。一般说来, JMX 中的 MBean 对应的是真实世界里存在的事物,或者服务器中独一无二的对象,这些对象往往长期驻留在内存中,所以需要管理。如果您新建一个实例,等您的方法退出之后,垃圾回收器马上将这个对象清理掉,您也没有必要使用 JMX 来管理这种昙花一现的对象,对吗?
三、 Tomcat 中的 JMX

通过上面 JMX 的简单介绍和举例,我们对 JMX 有了一个整体概念。现在我们就来查看一下 JMX 在 Tomcat 中的应用。首先,我们使用 JConsole 查看一下 Tomcat 中有哪些 MBeans 。

3.1 首先,请在 Eclipse 中启动 Tomcat ,在虚拟机参数中,设置下面几个参数:

-Dcom.sun.management.jmxremote 
-Dcom.sun.management.jmxremote.port=9999 
-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl="false" 
-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate="false" 

运行界面如下所示:


3.2 Tomcat 运行后,请打开 JConsole.exe ,我们可以远程连接到 localhost:9999 ,我们可以看到 Tomcat 中的 MBeans 如下图所示:


我们从上图可以看出, Tomcat 中的 MBeans 位于 Catalina 和 Users 两个 domain 中, Catalina 域名中包含我们所关心的一些 Tomcat 关键组件,比如说 Server 、 Service 、 Realm 、 Engine 和 Connector 等等关键组件,这些 MBean 分别对应我们前面在 Tomcat 架构中讲述的那些组件资源。那么,这些组件是如何注册到 MBeanServer 的呢,注册的流程又是如何,这个问题需要解读 Tomcat 源代码,此处暂不细表,且看下回分解。

3.3 下面,我们做一个非常有趣的实验,体验一下 JMX 管理的乐趣。首先请在浏览器中打开 http://localhost:8080/examples/jsp/jsp2/el/basic-arithmetic.jsp 页面,然后再上图所示的 JConsole 中的 Manager 节点下的 /examples-->localhost 中找到操作中的“ listSessionIds ”方法,然后点击调用该方法,您会在弹出的对话框中看到您刚才访问 basic-arithmetic.jsp 页面的 sessionId 值,它是一个 16 位的字符串,我的机器上显示为“ 4998AB8A07480360BC24A9E9C11A39CA ”;接下来,请在 Manager 节点下的 /examples-->localhost 中找到属性中的 sessionIdLength 属性,把它的值从 16 改为 22 ,请关闭浏览器,然后重新打开浏览器,再访问一下上面的页面,这时,您再调用 ”listSessionIds” 方法查看一下 sessionId 的列表,会发现新产生的 sessionId 的位数是 22 位,在我的机器上返回 ” 4998AB8A07480360BC24A9E9C11A39CA 04348EFDE953D0B56A206BF11A13E1A5CBB14F316B4F” 两个 sessionId 值。当然,您也可以输入 sessionId 值,调用 expireSession 方法来让某个 session 过期。

Tomcat 中 MBean 的管理方式很多,例如,您可以通过下面的方法打印、查找或者管理 Tomcat 中的 MBean ,该方法的优点是不用打开 RMI 端口,所有操作都是通过 Servlet 转发给 MBeanServer 完成的,具体步骤如下:

a) 首先打开 conf 目录下的 tomcat-users.xml 文件,在 <tomcat-users> 和 </tomcat-users> 标签之间加上下面两行,然后保存该文件。

<role rolename="manager"/>
<user username="admin" password="admin" roles="manager"/>

这表示我们要添加一个新用户,用户名为 admin ,密码也是 admin ,用户具有 manager 权限。

b) 重启 Tomcat ,然后在浏览器中打开下面的 URL , http://localhost:8080/manager/jmxproxy/ ,请输入用户名密码 admin/admin ,您将看到 Tomcat 中所有的 MBeans 。在我的机器上,显示 108 个 MBeans 的详细信息。如果您访问 http://localhost:8080/manager/jmxproxy/?qry=*%3Aj2eeType=Servlet%2c* ,您将会看到所有已经加载的 Servlet 的信息,该 qry 是查找 j2eeType=Servlet 的所有 MBeans 。如果您有兴趣,您还可以通过这个 jmxproxy 来动态设置一些 Tomcat 中组件运行时的值。
四、 Tomcat 中最简单的 MBean
下面我们打开 Tomcat 源代码,看看 Tomcat 中最简单的一个 MBean 。在 Tomcat 的启动引导类 Bootstrap.java 的 172 到 187 行,我们可以看到如下代码:
ClassLoader classLoader = ClassLoaderFactory.createClassLoader 
(locations, types, parent); 

// Retrieving MBean server 
MBeanServer mBeanServer = null; 
if (MBeanServerFactory.findMBeanServer(null).size() > 0) { 
mBeanServer = 
  (MBeanServer) MBeanServerFactory.findMBeanServer(null).get(0); 
} else { 
mBeanServer = MBeanServerFactory.createMBeanServer(); 
} 

// Register the server classloader 
ObjectName objectName = 
new ObjectName("Catalina:type=ServerClassLoader,name=" + name); 
mBeanServer.registerMBean(classLoader, objectName); 

4.1 上面的代码首先使用 ClassLoaderFactory 工厂类创建一个 ClassLoader ;

4.2 然后在 MBeanServerFactory 这个工厂类中查找 MBeanServer ,如果没有发现,就使用这个工厂类创建一个 MBeanServer ;

4.3 第三步是给刚才创建的 ClassLoader 这个 MBean 取个名字“ Name: Catalina:type=ServerClassLoader,name=common ”,然后注册到 MBeanServer 。

您如果在 JConsole 中观察这个 MBean ,会发现这个 MBean 没有向管理应用程序暴露任何属性和方法,并且 Classloader 似乎也符合 JMX 命名规范,它也不是一个 DynamicBean ,这是为什么呢?首先,这个 Classloader 其实一个 StandardClassloader ,而不是 JDK 中缺省的 Classloader ,您如果打开 ClassLoaderFactory 的 createClassLoader 方法,马上就可以看到这一点;另外,看看 StanderClassloader 的类签名,我们会发现该类实现了 StandardClassLoaderMBean 接口,这是符合 JMX 命名规范的;请打开 StandardClassLoaderMBean 接口的源代码,您会发现这是一个空接口,这意味着实现这个接口的 MBean 不会向管理程序暴露任何属性和方法。

最后,希望这篇入门级的简单介绍,能有助于大家理解 JMX 及 JMX 在 Tomcat 中的应用。
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