Arthas 源码解读(一)

目的

arthas 是一个非常优秀的生产诊断工具,可以热部署.查看jvm信息,强制gc等等. 这里查看源码的目的有两点:

  1. 通常的jvm是不支持对已载入的class进行重新部署的,想知道它是如何实现的(javassist 可以实现修改一次,但没办法反复修改.)
  2. trace命令 官方只支持展开一层,想自己修改源码实现展开3层.或者指定层数.

准备工作

arthas 源码: 源码下载地址
zulu jdk: zulu jdk 下载地址

源码解读

入口函数

找到项目arthas-boot的pom文件,即可以看到arthas的入口类为com.taobao.arthas.boot.Bootstrap
对应的函数为该类的main方法:

<manifest>
      <mainClass>com.taobao.arthas.boot.Bootstrap</mainClass>
</manifest>

我们先来看看main方法,看一个大概即可.

        String javaHome = System.getProperty("java.home");
        if (javaHome != null) {
            AnsiLog.info("JAVA_HOME: " + javaHome);
        }
        Package bootstrapPackage = Bootstrap.class.getPackage();
        if (bootstrapPackage != null) {
            String arthasBootVersion = bootstrapPackage.getImplementationVersion();
            if (arthasBootVersion != null) {
                AnsiLog.info("arthas-boot version: " + arthasBootVersion);
            }
        }

        try {
            String javaToolOptions = System.getenv("JAVA_TOOL_OPTIONS");
            if (javaToolOptions != null && !javaToolOptions.trim().isEmpty()) {
                AnsiLog.info("JAVA_TOOL_OPTIONS: " + javaToolOptions);
            }
        } catch (Throwable e) {
            // ignore
        }

这部分获取环境变量,设置arthas的home目录.

        Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();

        CLI cli = CLIConfigurator.define(Bootstrap.class);
        CommandLine commandLine = cli.parse(Arrays.asList(args));

        try {
            CLIConfigurator.inject(commandLine, bootstrap);
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(usage(cli));
            System.exit(1);
        }

这里配置命令行交互,也可以忽略后面一大段都是在校验pid,home目录等等,全部跳过.主要看这里,启动core jar

                AnsiLog.info("Try to attach process " + pid);
                AnsiLog.debug("Start arthas-core.jar args: " + attachArgs);
                ProcessUtils.startArthasCore(pid, attachArgs);

进入该方法,我们可以看到如下代码:

        command.addAll(attachArgs);
        // "${JAVA_HOME}"/bin/java \
        // ${opts} \
        // -jar "${arthas_lib_dir}/arthas-core.jar" \
        // -pid ${TARGET_PID} \
        // -target-ip ${TARGET_IP} \
        // -telnet-port ${TELNET_PORT} \
        // -http-port ${HTTP_PORT} \
        // -core "${arthas_lib_dir}/arthas-core.jar" \
        // -agent "${arthas_lib_dir}/arthas-agent.jar"

        ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder(command);
        // https://github.com/alibaba/arthas/issues/2166
        pb.environment().put("JAVA_TOOL_OPTIONS", "");

这里相当于通过命令行执行java -jar 来启动arthas-core.jar
启动完core之后,继续往下看.对arthas-client进行了启动

        URLClassLoader classLoader = new URLClassLoader(
                        new URL[] { new File(arthasHomeDir, "arthas-client.jar").toURI().toURL() });
        Class<?> telnetConsoleClas = classLoader.loadClass("com.taobao.arthas.client.TelnetConsole");
        Method mainMethod = telnetConsoleClas.getMethod("main", String[].class);

即调用com.taobao.arthas.client.TelnetConsolemain方法.

到这里,arthas-boot 流程走完了. 这里大胆猜测一下,arthas-core模块负责的是对目标进程的attach,并开启一个telnet 来监听,arthas-client 则是当前arthas 输入转发,以及结果的输出展示.

现在,接着我们继续查看arthas-core的代码,之前看源码得知,我们是通过java -jar来运行的arthas-core,所以先看core的pom文件,找到入口类.

<mainClass>com.taobao.arthas.core.Arthas</mainClass>

打开对应的类com.taobao.arthas.core.Arthas我们注意看这一行代码:

                virtualMachine.loadAgent(arthasAgentPath,
                        configure.getArthasCore() + ";" + configure.toString());

这里是通过虚拟机的loadAgent 接口,来进行对目标进程的attach一个agent. 附加的agent是arthas-agent 通过查询虚拟机的相关API,我们得知,virtualMachine.loadAgent 执行启动agent后,会执行对应agent的premain 或者agentmain方法.这里我们打开arthas-agent源码,在pom文件可以看到如下代码:

<Agent-Class>com.taobao.arthas.agent334.AgentBootstrap</Agent-Class>

打开该类,找到入口函数:

    public static void premain(String args, Instrumentation inst) {
        main(args, inst);
    }

    public static void agentmain(String args, Instrumentation inst) {
        main(args, inst);
    }

继续展开,往下面看

    private static void bind(Instrumentation inst, ClassLoader agentLoader, String args) throws Throwable {
        /**
         * <pre>
         * ArthasBootstrap bootstrap = ArthasBootstrap.getInstance(inst);
         * </pre>
         */
        Class<?> bootstrapClass = agentLoader.loadClass(ARTHAS_BOOTSTRAP);
        Object bootstrap = bootstrapClass.getMethod(GET_INSTANCE, Instrumentation.class, String.class).invoke(null, inst, args);
        boolean isBind = (Boolean) bootstrapClass.getMethod(IS_BIND).invoke(bootstrap);
        if (!isBind) {
            String errorMsg = "Arthas server port binding failed! Please check $HOME/logs/arthas/arthas.log for more details.";
            ps.println(errorMsg);
            throw new RuntimeException(errorMsg);
        }
        ps.println("Arthas server already bind.");
    }

这段代码的意思是,从arthas-core.jar中,加载com.taobao.arthas.core.server.ArthasBootstrap类,并调用该类的静态方法getInstance

    public synchronized static ArthasBootstrap getInstance(Instrumentation instrumentation, String args) throws Throwable {
        if (arthasBootstrap != null) {
            return arthasBootstrap;
        }

        Map<String, String> argsMap = FeatureCodec.DEFAULT_COMMANDLINE_CODEC.toMap(args);
        // 给配置全加上前缀
        Map<String, String> mapWithPrefix = new HashMap<String, String>(argsMap.size());
        for (Entry<String, String> entry : argsMap.entrySet()) {
            mapWithPrefix.put("arthas." + entry.getKey(), entry.getValue());
        }
        return getInstance(instrumentation, mapWithPrefix);
    }

Instrumentation 这个对象是进行class重载的关键对象,这里我们继续看该类的作用:

        this.instrumentation = instrumentation;

        initFastjson();

        // 1. initSpy()
        initSpy();
        // 2. ArthasEnvironment
        initArthasEnvironment(args);

        String outputPathStr = configure.getOutputPath();
        if (outputPathStr == null) {
            outputPathStr = ArthasConstants.ARTHAS_OUTPUT;
        }
        outputPath = new File(outputPathStr);
        outputPath.mkdirs();

        // 3. init logger
        loggerContext = LogUtil.initLogger(arthasEnvironment);

        // 4. 增强ClassLoader
        enhanceClassLoader();
        // 5. init beans
        initBeans();

        // 6. start agent server
        bind(configure);

        executorService = Executors.newScheduledThreadPool(1, new ThreadFactory() {
            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                final Thread t = new Thread(r, "arthas-command-execute");
                t.setDaemon(true);
                return t;
            }
        });

        shutdown = new Thread("as-shutdown-hooker") {

            @Override
            public void run() {
                ArthasBootstrap.this.destroy();
            }
        };

        transformerManager = new TransformerManager(instrumentation);
        Runtime.getRuntime().addShutdownHook(shutdown);

从这里我们可以看到,目标进程进行attach来启动agent后,arthas-agent会加载arthas-core来进行 agent service 的启动,这样相当于目标进程运行了一个服务端,然后等待客户端连接,然后通过命令行交互,来执行对应命令的事项.注册关闭的钩子,做一些必要的清理退出等等.
到这里,整体流程差不多就很清晰了.我们画一个图.

启动流程

后面我们再来看,命令交互与实现.

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