基于Arthas的Java应用线上诊断方法
引言
针对Java应用在生产环境下出现的问题，通常开发者想通过远程debug的方式来排查问题是不可行的。一是私有云的客户系统无法连接去调试，连接上也会由于debug断点导致所有业务请求被暂停。二是需要额外添加日志来部署到线上观察，效率非常低下。当然，线上问题远不止这些，还需要结合Linux和JVM指令来监控系统整体运行指标。
因此，为了能够解决上述常规排查手段的弊端，这里介绍一款开源的Java诊断工具Arthas，该工具提供了jvm整体监控、线程堆栈、类加载器检查、方法级别的监控等丰富的操作，来定位在线Java应用问题。另外，值得注意的是由于该工具采用字节码植入方式，对于应用的运行性能和安全性需要考虑一下。
使用说明
安装
下载arthas-packing-xxx-bin.zip直接解压，进行本地安装，默认安装在user.home的用户目录下面。
- 启动：
执行java –jar arthas-boot.jar，进入交互式命令行界面，选择需要监控的java应用进程号，控制台打印attach process xxx success 表示连接成功，输入help显示指令帮助说明，表示可以开始正式使用了。注意：如果没有第一步的本地安装，执行启动命令，会访问网络下载安装，内网用户将会无法使用。 - 卸载：
标准安装的话，安装目录在~/.arthas，执行rm –rf ~/.arthas即可。否则直接删除当前所在目录的sh和jar。
使用
基础命令
help——查看命令帮助信息cls——清空当前屏幕区域session——查看当前会话的信息reset——重置增强类，将被 Arthas 增强过的类全部还原，Arthas 服务端关闭时会重置所有增强过的类version——输出当前目标 Java 进程所加载的 Arthas 版本号history——打印命令历史quit——退出当前 Arthas 客户端，其他 Arthas 客户端不受影响shutdown——关闭 Arthas 服务端，所有 Arthas 客户端全部退出keymap——Arthas快捷键列表及自定义快捷键jvm相关
dashboard——当前系统的实时数据面板thread——查看当前 JVM 的线程堆栈信息jvm——查看当前 JVM 的信息sysprop——查看和修改JVM的系统属性sysenv——查看JVM的环境变量getstatic——查看类的静态属性class/classloader相关sc——查看JVM已加载的类信息sm——查看已加载类的方法信息dump——dump 已加载类的 byte code 到特定目录redefine——加载外部的.class文件，redefine到JVM里jad——反编译指定已加载类的源码classloader——查看classloader的继承树，urls，类加载信息，使用classloader去getResourcemonitor/watch/trace相关
请注意，这些命令，都通过字节码增强技术来实现的，会在指定类的方法中插入一些切面来实现数据统计和观测，因此在线上、预发使用时，请尽量明确需要观测的类、方法以及条件，诊断结束要执行shutdown或将增强过的类执行reset命令。monitor——方法执行监控watch——方法执行数据观测trace——方法内部调用路径，并输出方法路径上的每个节点上耗时stack——输出当前方法被调用的调用路径tt——方法执行数据的时空隧道，记录下指定方法每次调用的入参和返回信息，并能对这些不同的时间下调用进行观测optionsoptions——查看或设置Arthas全局开关管道
Arthas支持使用管道对上述命令的结果进行进一步的处理，如sm org.apache.log4j.Logger | grep <init>
grep——搜索满足条件的结果
plaintext——将命令的结果去除颜色
wc——按行统计输出结果后台异步任务
当线上出现偶发的问题，比如需要watch某个条件，而这个条件一天可能才会出现一次时，异步后台任务就派上用场了
使用>将结果重写向到日志文件，使用&指定命令是后台运行，session断开不影响任务执行（生命周期默认为1天）jobs——列出所有jobkill——强制终止任务fg——将暂停的任务拉到前台执行bg——将暂停的任务放到后台执行ognl相关官方文档
一般配合watch指令使用，其中的express、condition-express 采用ognl表达式
用于监控成员方法和类级别静态方法的入参(params)、返回值(returnObj)、抛出异常(throwExp)等。示例：执行一次查看Test类的test方法的第一个参数(list)的第一个对象(pojo)中的age属性
watch Test test params[0].get(0).age -n 1
//还可以通过下标的方式访问params[0][0][“age”] ，这个写法等效于params[0][0].age执行一次查看Test类的test方法的第一个参数(list)的所有对象(pojo)中age>5的姓名
watch Test test "params[0].{? #this.age > 5}.{name}" -n 1
//那如果要找到第一个age大于5的Pojo的name，可以用^ 或$ 来进行第一个或最后一个的匹配执行一次查看Test类中的静态变量m
watch Test test '@Test@m' -n 1
应用场景
定位内存泄露、资源未释放等问题：
查看系统整体运行情况，包括线程概览、堆与非堆内存使用、GC次数与耗时、操作系统等信息dashboard –i 10000//十秒钟刷新一次定位有问题的处理逻辑
查看前3个占用cpu比较高的线程堆栈thread –n 3定位jar包冲突的问题
查看使用的类所在的jar以及类加载器sc –d 全路径类名`性能测试，统计方法的执行平均耗时、成功/失败次数统计
确认要统计的业务类中的方法名monitor 全路径类名 方法名 -c 1定位耗时的业务逻辑处理，从而有针对性地优化
通过trace方法查看指定方法的调用堆栈和最耗时的方法trace全路径类名 方法名查看方法的入参和返回值，确认业务逻辑处理的正确性
通过watch和ognl表达式来检测结果watch 全路径类名 方法名 ‘params[0] + “, ”+ returnObj’
总结
以上介绍了Arthas是如何解决以往线上Java应用程序诊断的不足带来的问题，用好这些命令还需要多多结合实际问题去实践。最重要的，还是需要具备程序运行诊断的思路，工具只是辅助我们采集想要的信息，并且需要具备从这些信息中分析出问题，给出解决方案的能力。