Btrace实践指南

 

一、背景 
       在生产环境中可能经常遇到各种问题，定位问题需要获取程序运行时的数据信息，如方法参数、返回值、全局变量、堆栈信息等。为了获取这些数据信息，我们可以通过改写代码，增加日志信息的打印，再发布到生产环境。通过这种方式，一方面将增大定位问题的成本和周期，对于紧急问题无法做到及时响应；另一方面重新部署后环境可能已被破坏，很难重新问题的场景。 

二、BTrace功能 
       BTrace天生就为解决这类问题而来，它可以动态地跟踪java运行程序。通过hotswap技术，动态将跟踪字节码注入到运行类中，对运行代码侵入较小，对性能上的影响可以忽略不计。 
       BTrace在使用上有很多限制条件，如不能创建对象、数组、抛出和捕获异常、循环等，具体限制条件参考用户文档中的BTrace Restrictions。用户文档地址: http://kenai.com/projects/btrace/pages/UserGuide。 
       根据官方声明，不当地使用btrace可能导致jvm崩溃，如BTrace使用错误的.class文件，Hotspot JVM自身存在的hotswap bug等。可以先在本地验证BTrace脚本的正确性，再传到生产环境中定位问题。 

    
三、安装步骤 
1. 下载安装压缩包，最新版本的是1.2.1，下载地址: http://kenai.com/projects/btrace/downloads/directory/releases。 
2. 解压缩，命令脚本放在bin目录中。 
3. 设置脚本环境变量。 
4. 增加脚本可执行权限。 

四、使用方法 
BTrace主要包含btracec和btrace两个命令编译和启动BTrace脚本: 
1. btrace 
功能: 用于运行BTrace跟踪程序。 
命令格式: 
btrace [-I <include-path>] [-p <port>] [-cp <classpath>] <pid> <btrace-script> [<args>] 
示例: 
btrace -cp build/  1200 AllCalls1.java 
参数含义: 
include-path指定头文件的路径，用于脚本预处理功能，可选； 
port指定BTrace agent的服务端监听端口号，用来监听clients，默认为2020，可选； 
classpath用来指定类加载路径，默认为当前路径，可选； 
pid表示进程号，可通过jps命令获取； 
btrace-script即为BTrace脚本；btrace脚本如果以.java结尾，会先编译再提交执行。可使用btracec命令对脚本进行预编译。 
args是BTrace脚本可选参数，在脚本中可通过"$"和"$length"获取参数信息。 

2. btracec 
功能: 用于预编译BTrace脚本，用于在编译时期验证脚本正确性。 
btracec [-I <include-path>] [-cp <classpath>] [-d <directory>] <one-or-more-BTrace-.java-files> 
参数意义同btrace命令一致，directory表示编译结果输出目录。 

3. btracer 
功能: btracer命令同时启动应用程序和BTrace脚本，即在应用程序启动过程中使用BTrace脚本。而btrace命令针对已运行程序执行BTrace脚本。 
命令格式: 
btracer <pre-compiled-btrace.class> <application-main-class> <application-args> 
参数说明: 
pre-compiled-btrace.class表示经过btracec编译后的BTrace脚本。 
application-main-class表示应用程序代码； 
application-args表示应用程序参数。 
该命令的等价写法为: 
java -javaagent:btrace-agent.jar=script=<pre-compiled-btrace-script1>[,<pre-compiled-btrace-script1>]* <MainClass> <AppArguments> 

4. jvisualvm插件 
BTrace提供了jvisualvm插件，强烈推荐在jvisualvm中编写和测试BTrace脚本，启动、关闭、发送事件、增加classpath都非常方便。 


五、BTrace实战 
1. 示例代码 
示例代码定义了Counter计数器，有一个add()方法，每次增加随机值，总数保存在totalCount属性中。

package com.learnworld;
import java.util.Random;

public class BTraceTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Random random = new Random();

        // 计数器
        Counter counter = new Counter();
        while (true) {
            // 每次增加随机值
            counter.add(random.nextInt(10));
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

 

package com.learnworld;
public class Counter {
    // 总数
    private static int totalCount = 0;

    public int add(int num) throws Exception {
        totalCount += num;
        sleep();
        return totalCount;
    }

    public void sleep() throws Exception {
        Thread.sleep(1000);
    }

}

 2. 常见使用场景 
下面通过几个常见使用场景演示如何使用BTrace脚本。 

1) 获取add()方法参数值和返回值。 

import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

@BTrace
public class TracingScript {
   @OnMethod(
      clazz="com.learnworld.Counter",
      method="add",
      location=@Location(Kind.RETURN)
   )
   public static void traceExecute(int num,@Return int result){
     println("====== ");
     println(strcat("parameter num: ",str(num)));
     println(strcat("return value:",str(result)));
   }
}

 2) 定时获取Counter类的属性值totalCount。 

import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

@BTrace
public class TracingScript {
   private static Object totalCount = 0;

   @OnMethod(
      clazz="com.learnworld.Counter",
      method="add",
      location=@Location(Kind.RETURN)
   )
   public static void traceExecute(@Self com.learnworld.Counter counter){
     totalCount = get(field("com.learnworld.Counter","totalCount"), counter);
   }

   @OnTimer(1000)
   public static void print(){
     println("====== ");
     println(strcat("totalCount: ",str(totalCount)));
   }
}

 3) 获取add方法执行时间

import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

@BTrace
public class TracingScript {
   @TLS private static long startTime = 0;

   @OnMethod(
      clazz="com.learnworld.Counter",
      method="add"
   )
   public static void startExecute(){
     startTime = timeNanos();
   }

   @OnMethod(
      clazz="com.learnworld.Counter",
      method="add",
      location=@Location(Kind.RETURN)
   )
   public static void endExecute(@Duration long duration){
     long time = timeNanos() - startTime;
     println(strcat("execute time(nanos): ", str(time)));
     println(strcat("duration(nanos): ", str(duration)));
   }
}

 

4) 获取add()方法调用方法sleep()次数。 

import com.sun.btrace.annotations.*;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;

@BTrace
public class TracingScript {
   private static long count;

   @OnMethod(
      clazz="/.*/",
      method="add",
      location=@Location(value=Kind.CALL, clazz="/.*/", method="sleep")
   )
   public static void traceExecute(@ProbeClassName String pcm, @ProbeMethodName String pmn,
   @TargetInstance Object instance,  @TargetMethodOrField String method){
     println("====== ");
     println(strcat("ProbeClassName: ",pcm));
     println(strcat("ProbeMethodName: ",pmn));
     println(strcat("TargetInstance: ",str(classOf(instance))));
     println(strcat("TargetMethodOrField : ",str(method)));
     count++;
   }

   @OnEvent
   public static void getCount(){
       println(strcat("count: ", str(count)));
   }
}

 六、参考文档 
1. userGuide: http://kenai.com/projects/btrace/pages/UserGuide 
2. JAVA doc:  http://btrace.kenai.com/javadoc/1.2/index.html 
3. BTrace用户手册<译>，http://macrochen.iteye.com/blog/838920 

4. btrace使用简介，http://rdc.taobao.com/team/jm/archives/509 

5. btrace记忆,http://agapple.iteye.com/blog/962119 
6. btrace一些你不知道的事(源码入手)，http://agapple.iteye.com/blog/1005918