阿里面试：Arthas原理和使用，大概说说吧？

发布时间：2024年01月12日

尼恩说在前面

在40岁老架构师尼恩的读者交流群(50+)中，最近有小伙伴拿到了一线互联网企业如阿里、滴滴、极兔、有赞、希音、百度、网易、美团的面试资格，遇到很多很重要的面试题：

Arthas原理和使用，大概说下吧？

Arthas 也是大家定位和解决线上问题，非常常用的一个工具。

所以，这个题目如果答不上来，说明平时没怎么解决过线上问题，面试基本就挂。

所以，这道题目，非常重要。

这里，尼恩把这道面试题以及参考答案，做了详细的梳理。大家可以收藏起来，时不时看看，做到温故而知新。

同时，也收入咱们的《尼恩Java面试宝典PDF》V159版本，供后面的小伙伴参考，提升大家的 3高架构、设计、开发水平。

《尼恩架构笔记》《尼恩高并发三部曲》《尼恩Java面试宝典》的PDF，请到文末公号【技术自由圈】取

文章目录

Arthas 在线排错工具的巨大价值

Arthas 是 Alibaba 开源的 Java 诊断工具，深受开发者喜爱。

通常，本地开发环境无法访问生产环境。如果在生产环境中遇到问题，则无法使用 IDE 远程调试。

更糟糕的是，在生产环境中调试是不可接受的，因为它会暂停所有线程，导致服务暂停。

Arthas 旨在解决这些问题。开发人员可以通过Arthas 在线解决生产问题。通过Arthas ，无需 JVM 重启，无需代码更改。 Arthas 作为观察者永远不会暂停正在运行的线程。

Arthas工具

Arthas 是一款线上监控诊断产品，通过全局视角实时查看应用 load、内存、gc、线程的状态信息，并能在不修改应用代码的情况下，对业务问题进行诊断，包括查看方法调用的出入参、异常，监测方法执行耗时，类加载信息等，大大提升线上问题排查效率。

Arthas中集成了大部分JDK工具的功能实现，因此，在线上情况时，可以通过它快速的帮助我们解决问题，如CPU占用过高、线程阻塞、死锁、代码动态修改、方法执行缓慢、排查404等。

Arthas 官方文档

当你遇到以下类似问题而束手无策时，Arthas可以帮助你解决：

这个类从哪个 jar 包加载的？为什么会报各种类相关的 Exception？
我改的代码为什么没有执行到？难道是我没 commit？分支搞错了？
遇到问题无法在线上 debug，难道只能通过加日志再重新发布吗？
线上遇到某个用户的数据处理有问题，但线上同样无法 debug，线下无法重现！
是否有一个全局视角来查看系统的运行状况？
有什么办法可以监控到JVM的实时运行状态？
怎么快速定位应用的热点，生成火焰图？
怎样直接从JVM内查找某个类的实例？

Arthas支持JDK6+，支持Linux/Mac/Winodws，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。

阿里提供的在线的Arthas Terminal学习方式（Arthas Tutorials (aliyun.com)），帮助大家快速上手。

arthas快速开始

方式一：使用 arthas-boot 启动arthas

推荐使用arthas-boot(推荐)，下载arthas-boot.jar，然后用java -jar的方式启动：

curl -O https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar
java -jar arthas-boot.jar

打印帮助信息：

java -jar arthas-boot.jar -h

arthas-boot启动过程中，会下载一些依赖包，如果下载速度比较慢，可以使用aliyun的镜像：

java -jar arthas-boot.jar --repo-mirror aliyun --use-http

arthas-boot 完成依赖下载，并且启动。

启动之后，这时候，arthas会列出当前检测到的java进程，

Arthas会将本机中所有的Java进程查询出来，类似于jps/ps的作用：

上面的例子中，有一个 java进程， Arthas 自己的进程

30162  Arthas.jar

如果你的机器中启动了多个Java应用，此时会查询出来一个应用列表。

要操作那个进程，我们可以根据前面的序号进行输入。

输入选择自己要操作的Java应用，如上情况中，再输入1即可，并按回车键即可；

$ 1

最终，Arthas成功启动，接下来再通过Arthas提供的指令进行操作即可：

方式二：使用 as.sh 脚本启动arthas

Arthas 支持在 Linux/Unix/Mac 等平台上一键安装，有个专门的install.sh脚本

请复制以下内容，并粘贴到命令行中，敲回车执行即可：

curl -L https://arthas.aliyun.com/install.sh | sh

上述命令会下载启动脚本文件 install.sh，并且下载 as.sh 到当前目录，你可以放在任何地方或将其加入到 $PATH 中。

直接在shell下面执行./as.sh，就会进入交互界面。

也可以执行./as.sh -h来获取更多参数信息。

arthas官方使用案例：

可以通过下面的方式自己动手实践。

1、启动 math-game

math-game是一个简单的程序，每隔一秒生成一个随机数，再执行质因数分解，并打印出分解结果。
math-game源代码：查看

curl -O https://arthas.aliyun.com/math-game.jar
java -jar math-game.jar

2、启动 arthas

在命令行下面执行（使用和目标进程一致的用户启动，否则可能 attach 失败）：

curl -O https://arthas.aliyun.com/arthas-boot.jar
java -jar arthas-boot.jar --repo-mirror aliyun --use-http

执行该程序的用户需要和目标进程具有相同的权限。

比如以admin用户来执行：sudo su admin && java -jar arthas-boot.jar 或 sudo -u admin -EH java -jar arthas-boot.jar。
如果 attach 不上目标进程，可以查看~/logs/arthas/ 目录下的日志。
如果下载速度比较慢，可以使用 aliyun 的镜像：java -jar arthas-boot.jar --repo-mirror aliyun --use-http
java -jar arthas-boot.jar -h 打印更多参数信息。

选择应用 java 进程：

$ $ java -jar arthas-boot.jar
* [1]: 35542
  [2]: 71560 math-game.jar

math-game进程是第 2 个，则输入 2，再输入回车/enter。

Arthas 会 attach 到目标进程上，并输出日志：

[INFO] Try to attach process 71560
[INFO] Attach process 71560 success.
[INFO] arthas-client connect 127.0.0.1 3658
  ,---.  ,------. ,--------.,--.  ,--.  ,---.   ,---.
 /  O  \ |  .--. ''--.  .--'|  '--'  | /  O  \ '   .-'
|  .-.  ||  '--'.'   |  |   |  .--.  ||  .-.  |`.  `-.
|  | |  ||  |\  \    |  |   |  |  |  ||  | |  |.-'    |
`--' `--'`--' '--'   `--'   `--'  `--'`--' `--'`-----'


wiki: https://arthas.aliyun.com/doc
version: 3.0.5.20181127201536
pid: 71560
time: 2018-11-28 19:16:24

$

3、dashboard 展示当前进程的信息

输入 dashboard，按回车/enter，会展示当前进程的信息，按ctrl+c可以中断执行。

$ dashboard
ID     NAME                   GROUP          PRIORI STATE  %CPU    TIME   INTERRU DAEMON
17     pool-2-thread-1        system         5      WAITIN 67      0:0    false   false
27     Timer-for-arthas-dashb system         10     RUNNAB 32      0:0    false   true
11     AsyncAppender-Worker-a system         9      WAITIN 0       0:0    false   true
9      Attach Listener        system         9      RUNNAB 0       0:0    false   true
3      Finalizer              system         8      WAITIN 0       0:0    false   true
2      Reference Handler      system         10     WAITIN 0       0:0    false   true
4      Signal Dispatcher      system         9      RUNNAB 0       0:0    false   true
26     as-command-execute-dae system         10     TIMED_ 0       0:0    false   true
13     job-timeout            system         9      TIMED_ 0       0:0    false   true
1      main                   main           5      TIMED_ 0       0:0    false   false
14     nioEventLoopGroup-2-1  system         10     RUNNAB 0       0:0    false   false
18     nioEventLoopGroup-2-2  system         10     RUNNAB 0       0:0    false   false
23     nioEventLoopGroup-2-3  system         10     RUNNAB 0       0:0    false   false
15     nioEventLoopGroup-3-1  system         10     RUNNAB 0       0:0    false   false
Memory             used   total max    usage GC
heap               32M    155M  1820M  1.77% gc.ps_scavenge.count  4
ps_eden_space      14M    65M   672M   2.21% gc.ps_scavenge.time(m 166
ps_survivor_space  4M     5M    5M           s)
ps_old_gen         12M    85M   1365M  0.91% gc.ps_marksweep.count 0
nonheap            20M    23M   -1           gc.ps_marksweep.time( 0
code_cache         3M     5M    240M   1.32% ms)
Runtime
os.name                Mac OS X
os.version             10.13.4
java.version           1.8.0_162
java.home              /Library/Java/JavaVir
                       tualMachines/jdk1.8.0
                       _162.jdk/Contents/Hom
                       e/jre

4、thread 命令Main Class

通过 thread 命令来获取到math-game进程的 Main Class

thread 1会打印线程 ID 1 的栈，通常是 main 函数的线程。

$ thread 1 | grep 'main('
    at demo.MathGame.main(MathGame.java:17)

得到了 Main Class 的全路径名称 demo.MathGame

5、jad命令来反编译 Main Class

jad 全路径名称, 进行源码的反编译

$ jad demo.MathGame

ClassLoader:
+-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@3d4eac69
  +-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66350f69

Location:
/tmp/math-game.jar

/*
 * Decompiled with CFR 0_132.
 */
package demo;

import java.io.PrintStream;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MathGame {
    private static Random random = new Random();
    private int illegalArgumentCount = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MathGame game = new MathGame();
        do {
            game.run();
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1L);
        } while (true);
    }

    public void run() throws InterruptedException {
        try {
            int number = random.nextInt();
            List<Integer> primeFactors = this.primeFactors(number);
            MathGame.print(number, primeFactors);
        }
          .......
        return result;
    }
    
   public List<Integer> primeFactors(int number) {
        if (number < 2) {
            ++this.illegalArgumentCount;
            throw new IllegalArgumentException("number is: " + number + ", need >= 2");
        }
        ArrayList<Integer> result = new ArrayList<Integer>();
        int i = 2;
        while (i <= number) {
            if (number % i == 0) {
                result.add(i);
                number /= i;
                i = 2;
                continue;
            }
            ++i;
        }
        return result;
    }
}

Affect(row-cnt:1) cost in 970 ms.

6、watch

通过 watch命令来查看到指定函数的调用情况。

watch能观察到的范围为：返回值、抛出异常、入参，通过编写 OGNL 表达式进行对应变量的查看。

watch 命令的手册地址

例子，通过 watch命令来查看 demo.MathGame#primeFactors 函数的返回值：

$ watch demo.MathGame primeFactors returnObj
Press Ctrl+C to abort.
Affect(class-cnt:1 , method-cnt:1) cost in 107 ms.
ts=2018-11-28 19:22:30; [cost=1.715367ms] result=null
ts=2018-11-28 19:22:31; [cost=0.185203ms] result=null
ts=2018-11-28 19:22:32; [cost=19.012416ms] result=@ArrayList[
    @Integer[5],
    @Integer[47],
    @Integer[2675531],
]
ts=2018-11-28 19:22:33; [cost=0.311395ms] result=@ArrayList[
    @Integer[2],
    @Integer[5],
    @Integer[317],
    @Integer[503],
    @Integer[887],
]
ts=2018-11-28 19:22:34; [cost=10.136007ms] result=@ArrayList[
    @Integer[2],
    @Integer[2],
    @Integer[3],
    @Integer[3],
    @Integer[31],
    @Integer[717593],
]
ts=2018-11-28 19:22:35; [cost=29.969732ms] result=@ArrayList[
    @Integer[5],
    @Integer[29],
    @Integer[7651739],
]

更多的功能可以查看进阶教程在新窗口打开。

7、退出 arthas

如果只是退出当前的连接，可以用quit或者exit命令。Attach 到目标进程上的 arthas 还会继续运行，端口会保持开放，下次连接时可以直接连接上。

如果想完全退出 arthas，可以执行stop命令。

Arthas的核心命令详解

Arthas从最初的发布开始，随着后续社区的活跃性增强及用户群体的不断壮大，指令也越发完善与丰富，至目前为止提供了基础命令、JVM命令、class命令以及字节码增强命令等几大类。

1、基础命令

base64 - base64 编码转换，和 linux 里的 base64 命令类似
cat - 打印文件内容，和 linux 里的 cat 命令类似
cls - 清空当前屏幕区域
echo - 打印参数，和 linux 里的 echo 命令类似
grep - 匹配查找，和 linux 里的 grep 命令类似
help - 查看命令帮助信息
history - 打印命令历史
keymap - Arthas 快捷键列表及自定义快捷键
pwd - 返回当前的工作目录，和 linux 命令类似
quit - 退出当前 Arthas 客户端，其他 Arthas 客户端不受影响
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
session - 查看当前会话的信息
stop - 关闭 Arthas 服务端，所有 Arthas 客户端全部退出
tee - 复制标准输入到标准输出和指定的文件，和 linux 里的 tee 命令类似
version - 输出当前目标 Java 进程所加载的 Arthas 版本号

2、类操作命令

2.1 sc 命令：

sc “Search-Class” 的简写，查看JVM已加载的类信息，这个命令能搜索出所有已经加载到 JVM 中的 Class 信息，

可选项如下：

class-pattern：类名表达式匹配（必填），如sc java.lang.String。
-E：开启正则表达式匹配，默认为通配符匹配。
-c：指定class的类加载器的哈希码。
-d：显示当前类的详细信息，包含来源、声明、类加载相关等信息。
-f：输出当前类的属性成员信息，与-d一同使用。
-x：指定输出静态变量时属性的遍历深度，默认为0。
-n：具有详细信息的匹配类的最大数量（默认为100）。

提示

class-pattern 支持全限定名，支持两种格式：

com.taobao.test.AAA，

也支持 com/taobao/test/AAA 这样的格式，

这样，我们从异常堆栈里面把类名拷贝过来的时候，不需要在手动把/替换为.啦。

sc 命令使用参考

模糊搜索

$ sc demo.*
demo.MathGame
Affect(row-cnt:1) cost in 55 ms.

打印类的详细信息

$ sc -d demo.MathGame
class-info        demo.MathGame
code-source       /private/tmp/math-game.jar
name              demo.MathGame
isInterface       false
isAnnotation      false
isEnum            false
isAnonymousClass  false
isArray           false
isLocalClass      false
isMemberClass     false
isPrimitive       false
isSynthetic       false
simple-name       MathGame
modifier          public
annotation
interfaces
super-class       +-java.lang.Object
class-loader      +-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@3d4eac69
                  +-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66350f69
classLoaderHash   3d4eac69

Affect(row-cnt:1) cost in 875 ms.

打印出类的 Field 信息

  $ sc -d -f demo.MathGame
  class-info        demo.MathGame
  code-source       /private/tmp/math-game.jar
  name              demo.MathGame
  isInterface       false
  isAnnotation      false
  isEnum            false
  isAnonymousClass  false
  isArray           false
  isLocalClass      false
  isMemberClass     false
  isPrimitive       false
  isSynthetic       false
  simple-name       MathGame
  modifier          public
  annotation
  interfaces
  super-class       +-java.lang.Object
  class-loader      +-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@3d4eac69
                      +-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66350f69
  classLoaderHash   3d4eac69
  fields            modifierprivate,static
                    type    java.util.Random
                    name    random
                    value   java.util.Random@522b4
                            08a
  
                    modifierprivate
                    type    int
                    name    illegalArgumentCount
  
  
  Affect(row-cnt:1) cost in 19 ms.

2.2 sm 命令

“Search-Method” 的简写，这个命令能搜索出所有已经加载了 Class 信息的方法信息。

sm 命令只能看到由当前类所声明 (declaring) 的方法，父类则无法看到。

sm：查看已加载类的方法信息，可选项如下：

class-pattern：类名表达式匹配（必填），如sm java.lang.String。
-E：开启正则表达式匹配，默认为通配符匹配。
-d：查看方法的详细信息，配合方法名使用，如sm -d java.lang.String toString。
-c：同sc -c作用相同。
-n：同sc -h作用相同。

参数说明

参数名称	参数说明
class-pattern	类名表达式匹配
method-pattern	方法名表达式匹配
[d]	展示每个方法的详细信息
[E]	开启正则表达式匹配，默认为通配符匹配
`[c:]`	指定 class 的 ClassLoader 的 hashcode
`[classLoaderClass:]`	指定执行表达式的 ClassLoader 的 class name
`[n:]`	具有详细信息的匹配类的最大数量（默认为 100）

使用参考

$ sm java.lang.String
java.lang.String-><init>
java.lang.String->equals
java.lang.String->toString
java.lang.String->hashCode
java.lang.String->compareTo
java.lang.String->indexOf
java.lang.String->valueOf
.......
Affect(row-cnt:44) cost in 1342 ms.

$ sm -d java.lang.String toString
 declaring-class  java.lang.String
 method-name      toString
 modifier         public
 annotation
 parameters
 return           java.lang.String
 exceptions

Affect(row-cnt:1) cost in 3 ms.

2.3 jad命令

jad 命令将 JVM 中实际运行的 class 的 byte code 反编译成 java 代码，便于你理解业务逻辑；如需批量下载指定包的目录的 class 字节码可以参考 dump。

在 Arthas Console 上，反编译出来的源码是带语法高亮的，阅读更方便
当然，反编译出来的 java 代码可能会存在语法错误，但不影响你进行阅读理解

jad：反编译指定已加载类的源码，可选项如下：

-c、-E都与前面的作用相同，举几个案例演示用法。
jad --source-only java.lang.String：只显示反编译后的Java源码。
jad java.lang.String：反编译指定类。
jad java.lang.String toString：反编译指定类的某个方法。

参数说明参数说明

参数名称	参数说明
class-pattern	类名表达式匹配
`[c:]`	类所属 ClassLoader 的 hashcode
`[classLoaderClass:]`	指定执行表达式的 ClassLoader 的 class name
[E]	开启正则表达式匹配，默认为通配符匹配

jad 全路径名称, 进行源码的反编译

前面有例子

$ jad demo.MathGame

ClassLoader:
+-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@3d4eac69
  +-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66350f69

Location:
/tmp/math-game.jar

/*
 * Decompiled with CFR 0_132.
 */
package demo;

...
public class MathGame {
    private static Random random = new Random();
    private int illegalArgumentCount = 0;
.....
}

Affect(row-cnt:1) cost in 970 ms.

2.4 mc命令

Memory Compiler/内存编译器，编译.java文件生成.class。

mc：内存编译器，编译.java源文件为.class类文件，可选项如下：

-c：指定类加载器（以哈希码的方式指定）。
-d：指定编译后的类文件输出位置。

2.6 retransform命令

加载外部的.class文件，retransform （再转化;插桩） jvm 已加载的类，比如在线替换类的方法。

retransform：起到热部署的作用，用于线上替换类方法。

注意点：

①重新替换JVM中被加载的类时，不能新增方法或属性。
②正在执行的方法不能替换。

retransform 使用参考

   retransform /tmp/Test.class
   retransform -l
   retransform -d 1                    # delete retransform entry
   retransform --deleteAll             # delete all retransform entries
   retransform --classPattern demo.*   # triger retransform classes
   retransform -c 327a647b /tmp/Test.class /tmp/Test\$Inner.class
   retransform --classLoaderClass 'sun.misc.Launcher$AppClassLoader' /tmp/Test.class

2.7 dump命令

dump`：导出已加载类的字节码数据到指定目录

dump 命令将 JVM 中实际运行的 class 的 byte code dump 到指定目录，适用场景批量下载指定包目录的 class 字节码；如需反编译单一类、实时查看类信息，可参考 jad。

dump命令可选项如下：

-c、-E作用与之前的相同。
-d：指定输出的路径，如dump -d /usr/data/byteCode java.lang.String。

参数说明

参数名称	参数说明
class-pattern	类名表达式匹配
`[c:]`	类所属 ClassLoader 的 hashcode
`[classLoaderClass:]`	指定执行表达式的 ClassLoader 的 class name
`[d:]`	设置类文件的目标目录
[E]	开启正则表达式匹配，默认为通配符匹配

使用参考

$ dump java.lang.String
 HASHCODE  CLASSLOADER  LOCATION
 null                   /Users/admin/logs/arthas/classdump/java/lang/String.class
Affect(row-cnt:1) cost in 119 ms.

2.8 classloader命令

classloader：查类加载器的继承树，urls，类加载信息，

classloader 命令将 JVM 中所有的 classloader 的信息统计出来，并可以展示继承树，urls 等。

可以让指定的 classloader 去 getResources，打印出所有查找到的 resources 的 url。对于ResourceNotFoundException比较有用。

classloader 可选项如下：

-a：显示所有类加载器加载的所有类。
-c：查看指定的类加载器的加载路径，如classloader -c 14ae5a5。
-l：统计每个类加载器的加载信息。
-r：查找某个的资源路径，配合-c使用，如classloader -c 33909752 -r java/lang/String.class。
-t：以树结构列出每个类加载器之间的父子关系。
-u：显示类加载器的url统计信息，如加载总数、父子关系、加载范围等。
-i：查看每种类加载器的实例数量及其加载总量。

使用参考

按类加载类型查看统计信息

$ classloader
 name                                       numberOfInstances  loadedCountTotal
 com.taobao.arthas.agent.ArthasClassloader  1                  2115
 BootstrapClassLoader                       1                  1861
 sun.reflect.DelegatingClassLoader          5                  5
 sun.misc.Launcher$AppClassLoader           1                  4
 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader           1                  1
Affect(row-cnt:5) cost in 3 ms.

按类加载实例查看统计信息

$ classloader -l
 name                                                loadedCount  hash      parent
 BootstrapClassLoader                                1861         null      null
 com.taobao.arthas.agent.ArthasClassloader@68b31f0a  2115         68b31f0a  sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66350f69
 sun.misc.Launcher$AppClassLoader@3d4eac69           4            3d4eac69  sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66350f69
 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66350f69           1            66350f69  null
Affect(row-cnt:4) cost in 2 ms.

查看 ClassLoader 的继承树

$ classloader -t
+-BootstrapClassLoader
+-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66350f69
  +-com.taobao.arthas.agent.ArthasClassloader@68b31f0a
  +-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@3d4eac69
Affect(row-cnt:4) cost in 3 ms.

查看 URLClassLoader 实际的 urls

$ classloader -c 3d4eac69
file:/private/tmp/math-game.jar
file:/Users/hengyunabc/.arthas/lib/3.0.5/arthas/arthas-agent.jar

Affect(row-cnt:9) cost in 3 ms.

注意 hashcode 是变化的，需要先查看当前的 ClassLoader 信息，提取对应 ClassLoader 的 hashcode。

对于只有唯一实例的 ClassLoader 可以通过 class name 指定，使用起来更加方便：

$ classloader --classLoaderClass sun.misc.Launcher$AppClassLoader
file:/private/tmp/math-game.jar
file:/Users/hengyunabc/.arthas/lib/3.0.5/arthas/arthas-agent.jar

Affect(row-cnt:9) cost in 3 ms.

使用 ClassLoader 去查找 resource

$ classloader -c 3d4eac69  -r META-INF/MANIFEST.MF
 jar:file:/System/Library/Java/Extensions/MRJToolkit.jar!/META-INF/MANIFEST.MF
 jar:file:/private/tmp/math-game.jar!/META-INF/MANIFEST.MF
 jar:file:/Users/hengyunabc/.arthas/lib/3.0.5/arthas/arthas-agent.jar!/META-INF/MANIFEST.MF

也可以尝试查找类的 class 文件：

$ classloader -c 1b6d3586 -r java/lang/String.class
 jar:file:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk1.8.0_60.jdk/Contents/Home/jre/lib/rt.jar!/java/lang/String.class

使用 ClassLoader 去加载类

$ classloader -c 3d4eac69 --load demo.MathGame
load class success.
 class-info        demo.MathGame
 code-source       /private/tmp/math-game.jar
 name              demo.MathGame
 isInterface       false
 isAnnotation      false
 isEnum            false
 isAnonymousClass  false
 isArray           false
 isLocalClass      false
 isMemberClass     false
 isPrimitive       false
 isSynthetic       false
 simple-name       MathGame
 modifier          public
 annotation
 interfaces
 super-class       +-java.lang.Object
 class-loader      +-sun.misc.Launcher$AppClassLoader@3d4eac69
                     +-sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@66350f69
 classLoaderHash   3d4eac69

3、JVM操作的命令

3.1 dashboard命令

dashboard：当前系统的实时数据面板，资源监控仪表盘，

dashboard 包含线程、内存、GC、运行环境等信息，按 ctrl+c 退出。

dashboard可选项如下：

-i：刷新实时数据的间隔时间，默认为5000ms。
-n：刷新实时数据的次数，默认为一直持续刷新，按ctrl+c退出。

参数说明

参数名称	参数说明
[i:]	刷新实时数据的时间间隔 (ms)，默认 5000ms
[n:]	刷新实时数据的次数

使用参考

$ dashboard
ID   NAME                           GROUP           PRIORITY   STATE     %CPU      DELTA_TIME TIME      INTERRUPTE DAEMON
-1   C2 CompilerThread0             -               -1         -         1.55      0.077      0:8.684   false      true
53   Timer-for-arthas-dashboard-07b system          5          RUNNABLE  0.08      0.004      0:0.004   false      true
22   scheduling-1                   main            5          TIMED_WAI 0.06      0.003      0:0.287   false      false
-1   C1 CompilerThread0             -               -1         -         0.06      0.003      0:2.171   false      true
-1   VM Periodic Task Thread        -               -1         -         0.03      0.001      0:0.092   false      true
49   arthas-NettyHttpTelnetBootstra system          5          RUNNABLE  0.02      0.001      0:0.156   false      true
16   Catalina-utility-1             main            1          TIMED_WAI 0.0       0.000      0:0.029   false      false
-1   G1 Young RemSet Sampling       -               -1         -         0.0       0.000      0:0.019   false      true
17   Catalina-utility-2             main            1          WAITING   0.0       0.000      0:0.025   false      false
34   http-nio-8080-ClientPoller     main            5          RUNNABLE  0.0       0.000      0:0.016   false      true
23   http-nio-8080-BlockPoller      main            5          RUNNABLE  0.0       0.000      0:0.011   false      true
-1   VM Thread                      -               -1         -         0.0       0.000      0:0.032   false      true
-1   Service Thread                 -               -1         -         0.0       0.000      0:0.006   false      true
-1   GC Thread#5                    -               -1         -         0.0       0.000      0:0.043   false      true
Memory                     used     total    max      usage    GC
heap                       36M      70M      4096M    0.90%    gc.g1_young_generation.count   12
g1_eden_space              6M       18M      -1       33.33%                                  86
g1_old_gen                 30M      50M      4096M    0.74%    gc.g1_old_generation.count     0
g1_survivor_space          491K     2048K    -1       24.01%   gc.g1_old_generation.time(ms)  0
nonheap                    66M      69M      -1       96.56%
codeheap_'non-nmethods'    1M       2M       5M       22.39%
metaspace                  46M      47M      -1       98.01%
Runtime
os.name                                                        Mac OS X
os.version                                                     10.15.4
java.version                                                   15
java.home                                                      /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-15.jdk/Contents/Home
systemload.average                                             10.68
processors                                                     8
uptime                                                         272s

数据说明

ID: Java 级别的线程 ID，注意，这个 ID 不能跟 jstack 中的 nativeID 一一对应。
NAME: 线程名
GROUP: 线程组名
PRIORITY: 线程优先级, 1~10 之间的数字，越大表示优先级越高
STATE: 线程的状态
CPU%: 线程的 cpu 使用率。比如采样间隔 1000ms，某个线程的增量 cpu 时间为 100ms，则 cpu 使用率=100/1000=10%
DELTA_TIME: 上次采样之后线程运行增量 CPU 时间，数据格式为秒
TIME: 线程运行总 CPU 时间，数据格式为分:秒
INTERRUPTED: 线程当前的中断位状态
DAEMON: 是否是 daemon 线程

JVM 内部线程

Java 8 之后支持获取 JVM 内部线程 CPU 时间，这些线程只有名称和 CPU 时间，没有 ID 及状态等信息（显示 ID 为-1）。

JVM 内部线程包括下面几种：

JIT 编译线程: 如 C1 CompilerThread0, C2 CompilerThread0
GC 线程: 如GC Thread0, G1 Young RemSet Sampling
其它内部线程: 如VM Periodic Task Thread, VM Thread, Service Thread

通过内部线程可以观测到 JVM 活动，如 GC、JIT 编译等占用 CPU 情况，方便了解 JVM 整体运行状况。

当 JVM 堆(heap)/元数据(metaspace)空间不足或 OOM 时，可以看到 GC 线程的 CPU 占用率明显高于其他的线程。
当执行trace/watch/tt/redefine等命令后，可以看到 JIT 线程活动变得更频繁。因为 JVM 热更新 class 字节码时, 清除了此 class 相关的 JIT 编译结果，需要重新编译。

3.2 thread命令

查看当前线程信息，查看线程的堆栈

thread：查看当前线程的堆栈信息，可选项如下：

-n：显示最活跃的n条线程信息，如thread -n 5。
-i：指定活跃性统计的采样间隔时间，如thread -i 5000。
-b：自动检测出应用中当前阻塞其他线程的线程。
--state：查询目前程序中处于指定状态的线程，如thread --state BLOCKED。
id：查看某个线程的详细信息，如thread 21。

参数列表

参数名称	参数说明
id	线程 id
[n:]	指定最忙的前 N 个线程并打印堆栈
[b]	找出当前阻塞其他线程的线程
[i `<value>`]	指定 cpu 使用率统计的采样间隔，单位为毫秒，默认值为 200
[–all]	显示所有匹配的线程

cpu 使用率是如何统计出来的？

这里的 cpu 使用率与 linux 命令top -H -p <pid> 的线程%CPU类似，一段采样间隔时间内，当前 JVM 里各个线程的增量 cpu 时间与采样间隔时间的比例。

工作原理说明：

首先第一次采样，获取所有线程的 CPU 时间(调用的是java.lang.management.ThreadMXBean#getThreadCpuTime()及sun.management.HotspotThreadMBean.getInternalThreadCpuTimes()接口)
然后睡眠等待一个间隔时间（默认为 200ms，可以通过-i指定间隔时间）
再次第二次采样，获取所有线程的 CPU 时间，对比两次采样数据，计算出每个线程的增量 CPU 时间
线程 CPU 使用率 = 线程增量 CPU 时间 / 采样间隔时间 * 100%

注意

注意：这个统计也会产生一定的开销（JDK 这个接口本身开销比较大），因此会看到 as 的线程占用一定的百分比，为了降低统计自身的开销带来的影响，可以把采样间隔拉长一些，比如 5000 毫秒。

eg:支持一键展示当前最忙的前 N 个线程并打印堆栈：

$ thread -n 3
"C1 CompilerThread0" [Internal] cpuUsage=1.63% deltaTime=3ms time=1170ms


"arthas-command-execute" Id=23 cpuUsage=0.11% deltaTime=0ms time=401ms RUNNABLE
    at java.management@11.0.7/sun.management.ThreadImpl.dumpThreads0(Native Method)
    at java.management@11.0.7/sun.management.ThreadImpl.getThreadInfo(ThreadImpl.java:466)
    at com.taobao.arthas.core.command.monitor200.ThreadCommand.processTopBusyThreads(ThreadCommand.java:199)
    at com.taobao.arthas.core.command.monitor200.ThreadCommand.process(ThreadCommand.java:122)
    at com.taobao.arthas.core.shell.command.impl.AnnotatedCommandImpl.process(AnnotatedCommandImpl.java:82)
    at com.taobao.arthas.core.shell.command.impl.AnnotatedCommandImpl.access$100(AnnotatedCommandImpl.java:18)
    at com.taobao.arthas.core.shell.command.impl.AnnotatedCommandImpl$ProcessHandler.handle(AnnotatedCommandImpl.java:111)
    at com.taobao.arthas.core.shell.command.impl.AnnotatedCommandImpl$ProcessHandler.handle(AnnotatedCommandImpl.java:108)
    at com.taobao.arthas.core.shell.system.impl.ProcessImpl$CommandProcessTask.run(ProcessImpl.java:385)
    at java.base@11.0.7/java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:515)
    at java.base@11.0.7/java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:264)
    at java.base@11.0.7/java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.run(ScheduledThreadPoolExecutor.java:304)
    at java.base@11.0.7/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1128)
    at java.base@11.0.7/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:628)
    at java.base@11.0.7/java.lang.Thread.run(Thread.java:834)


"VM Periodic Task Thread" [Internal] cpuUsage=0.07% deltaTime=0ms time=584ms

没有线程 ID，包含[Internal]表示为 JVM 内部线程，参考dashboard命令的介绍。
cpuUsage为采样间隔时间内线程的 CPU 使用率，与dashboard命令的数据一致。
deltaTime为采样间隔时间内线程的增量 CPU 时间，小于 1ms 时被取整显示为 0ms。
time 线程运行总 CPU 时间。

注意：线程栈为第二采样结束时获取，不能表明采样间隔时间内该线程都是在处理相同的任务。建议间隔时间不要太长，可能间隔时间越大越不准确。可以根据具体情况尝试指定不同的间隔时间，观察输出结果。

thread --all, 显示所有匹配的线程

显示所有匹配线程信息，有时需要获取全部 JVM 的线程数据进行分析

3.3 jvm命令

jvm：查看JVM信息，包含线程/内存/OS/内存结构/编译/类加载/运行环境等信息。

使用参考，请参见官方文档

jvm | arthas (aliyun.com)

3.4 sysprop命令

查看当前 JVM 的系统属性(System Property)

如sysprop java.home。

使用参考，请参见官方文档

sysprop | arthas (aliyun.com)

3.5 sysenv命令

sysenv：，查看当前JVM的环境参数。

使用参考，请参见官方文档

sysenv | arthas (aliyun.com)

3.6 vmoption命令

vmoption：查看或修改JVM的运行时参数，如：

vmoption PrintGC：查看PrintGC是否开启。
vmoption PrintGC true：更改PrintGC参数。

使用参考，请参见官方文档

vmoption | arthas (aliyun.com)

3.7 getstatic命令

getstatic：查看类的静态属性，用法：getstatic class_nmae field_name。

使用参考，请参见官方文档

getstatic | arthas (aliyun.com)

3.8 ognl命令

ognl：执行ognl表达式

使用参考，请参见官方文档

ognl | arthas (aliyun.com)

3.9 heapdump命令

heapdump：类似于jmap工具的堆dump功能，使用方式：

heapdump /usr/data/dump/heap.hprof：导出堆快照到指定文件。
heapdump --live /usr/data/dump/heap.hprof：只导出存活对象的快照。

使用参考，请参见官方文档

heapdump | arthas (aliyun.com)

3.10 mbean命令

mbean：查看Mbean的信息

使用参考，请参见官方文档

mbean | arthas (aliyun.com)

3.11 memory命令

memory：查看JVM的内存划分、内存结构以及占用率。

使用参考，请参见官方文档

memory | arthas (aliyun.com)

4、字节码增强命令

4.1 watch命令

让你能方便的观察到指定函数的调用情况。能观察到的范围为：返回值、抛出异常、入参，通过编写 OGNL 表达式进行对应变量的查看。

使用参考，请参见官方文档

watch | arthas (aliyun.com)

watch：观测指定方法的执行情况，可选项如下：

-b：在方法调用之前观测。
-s：在方法成功执行后观测。
-e：在方法异常执行后观测。
-f：在方法结束后进行观测（默认）。
-n：指定观测的次数。
使用示例：watch -s -n 10 demo.MathGame primeFactors

4.2 tt 命令

watch 虽然很方便和灵活，但需要提前想清楚观察表达式的拼写，这对排查问题而言要求太高，因为很多时候我们并不清楚问题出自于何方，只能靠蛛丝马迹进行猜测。

这个时候如果能记录下当时方法调用的所有入参和返回值、抛出的异常会对整个问题的思考与判断非常有帮助。

于是乎，TimeTunnel 命令就诞生了。

tt：

tt 全称 TimeTunnel ，意思是：方法执行数据的时空隧道，

记录指定方法每次执行的数据，并能在不同的时间下调用观测，

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

使用参考，请参见官方文档

tt | arthas (aliyun.com)

tt命令可选项如下：

<class_pattern> <method_pattern>：指定要观测的类名+方法名。
-t：记录下方法每次执行的情况，如tt -t demo.MathGame primeFactors。
-i <index>：查看某条执行记录的执行详情，如tt -i 1000。
-d <index>：删除某条执行记录，配合-i使用，tt- d -i 1000。
-n：设置执行次数，如tt -t -n 10 demo.MathGame primeFactors。
-l：显示目前已存在的所有执行记录。
-p：重新执行某条执行记录，配合-i使用，如tt -i 1001 -p。
-s：通过OGNL表达式进行查找。
-M：指定接收结果的字节上限，默认为1KB。
---replay-times：配合-p使用，指定重新执行N次。
--replay-interval：执行多次时，每次执行时的间隔时间。
重新执行3次某记录，每次间隔500ms：tt -i 1001 -p --replay-times 3 --replay-interval 500。

4.3 monitor命令

monitor：对指定的方法执行进行监控，使用参考，请参见官方文档

monitor | arthas (aliyun.com)

monitor 对匹配 class-pattern／method-pattern／condition-express的类、方法的调用进行监控。

monitor 命令是一个非实时返回命令.

实时返回命令是输入之后立即返回，而非实时返回的命令，则是不断的等待目标 Java 进程返回信息，直到用户输入 Ctrl+C 为止。

服务端是以任务的形式在后台跑任务，植入的代码随着任务的中止而不会被执行，所以任务关闭后，不会对原有性能产生太大影响，而且原则上，任何 Arthas 命令不会引起原有业务逻辑的改变。

可选项如下：

-c：指定监控的周期，默认为60s。
-n：指定监控的周期次数。
使用示例：monitor -c 10 -n 3 demo.MathGame primeFactors

4.4 stack命令

stack：输出当前方法被调用的调用路径。

很多时候我们都知道一个方法被执行，但这个方法被执行的路径非常多，或者你根本就不知道这个方法是从那里被执行了，此时你需要的是 stack 命令。

使用参考，请参见官方文档

stack | arthas (aliyun.com)

4.5 trace命令

trace 命令能主动搜索 class-pattern／method-pattern 对应的方法调用路径，渲染和统计整个调用链路上的所有性能开销和追踪调用链路。

使用参考，请参见官方文档

trace | arthas (aliyun.com)

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，可选项如下：

-i：跳过JVM的本地方法。
-n：和之前的-n同义。

5、OGNL表达式

rthas中的很多进阶操作都需要依赖于OGNL表达式进行编写，在线上排查时，OGNL表达式往往会结合tt、watch、monitor、stack、trace等多个命令共同使用。

arthas执行ognl表达式，获取对应的jvm对象数据。

基本语法

ognl express -c {hashCode} --classLoaderClass {当前的全路径 ClassLoader 信息} -x {number}

参数说明

参数名称	参数说明
express	执行的表达式
`[c:]`	执行表达式的 ClassLoader 的 hashcode，默认值是 SystemClassLoader
`[classLoaderClass:]`	指定执行表达式的 ClassLoader 的 class name
[x]	结果对象的展开层次，默认值 1

①、调用静态属性

ognl ‘@类的全限定名@静态属性名’

示例：

[arthas@80573]$ ognl '@demo.MathGame@random'

②、调用静态方法

ognl ‘@类的全限定名@静态方法名(“参数”)’

示例1：调用入参为基本数据类型和集合的方法：

[arthas@80573]$ ognl '@demo.MathGame@print(100,{1,2,3,4})' -x 1
null

③、调用构造方法

ognl ‘new 类的全限定名()’

示例1：调用无参创建对象

[arthas@80573]$ ognl 'new java.lang.Object()'

示例2：调用有参创建对象

[arthas@80573]$ ognl 'new xxx.xx.xxx("xx",x,{1,2,3})'

④、读取不同类型的值

示例1：读取引用对象类型的属性值

[arthas@80573]$ ognl '@类全限定名@方法名("参数").属性名称'

示例2：读取List类型的指定元素

[arthas@80573]$ ognl '@类全限定名@方法名("参数")[下标]'

详细的OGNL语法可参考：官方指南

Arthas线上常用场景

Arthas中集成了大部分JDK工具的功能实现，

在线上情况时，主要使用场景：

CPU占用过高
线程阻塞
死锁
代码动态修改
方法执行缓慢
排查404
…等。

1、排查CPU占用过高问题

①thread -n 10命令查看CPU占用资源最高的10条线程。
②thread命令查看线程的执行信息，定位到具体的方法。
③monitor命令对目标方法进行监控，查看方法的调用次数与耗时。
④分析monitor命令查询出的结果，定位问题根源，确定是由于调用过于频繁导致的，还是内部代码逻辑问题。
⑤使用jad命令反编译class文件，根据前面分析的原因排查代码并改善。

2、排查线程阻塞问题

①thread筛选所有阻塞状态的线程。
②根据线程名称定位具体的业务模块，再选中该业务中的一条线程查看堆栈信息。
③根据线程堆栈信息定位导致阻塞的具体方法，再利用stack命令查看方法堆栈信息。
④利用jad工具反编译源码，分析业务逻辑代码并改善。

3、排查死锁问题

①利用Arthas来检测死锁特别简单，只需要执行一行命令thread -b即可。

4、排查方法执行过慢问题

①通过trace命令排查方法执行速度，trace xx类 xx方法 '#cost>50ms'，观测执行时间大于50ms的该方法的调用信息。
②可以结合正则表达式，同时排查多个类、多个方法，trace -E ClassA|ClassB method1|method2|method3。

5、动态修改线上代码

上线之后，发现代码有一处小地方存在逻辑错误需要更改，可以直接线上修改，而不用重启。

①通过jad将要修改的类反编译为.java文件，输出到指定目录。
②本地纠正.java文件后，通过mc命令重新编译.java文件。
③通过retransform命令将刚编译的.class文件再次加载到JVM中。

总之，Arthas通过与目标应用程序交互的命令行界面，用户可以方便地执行各种诊断和分析任务，以解决性能问题、内存泄漏等。

这种实现原理使Arthas成为一个强大的Java诊断工具。

Arthas底层原理

Arthas是一个用于诊断和分析Java应用程序的开源工具，它的实现原理主要包括以下几个关键方面：

Java Agent

Arthas作为一个Java诊断工具，通过Java Agent技术来实现对目标Java应用程序的监控和诊断。Java Agent允许Arthas以字节码级别修改和增强目标应用程序的类，从而使其具备监控和诊断的能力。
Instrumentation API

Arthas使用Java的Instrumentation API来实现Java Agent。Instrumentation API允许Arthas在目标应用程序加载类的过程中插入字节码增强代码，以收集信息、执行命令或修改应用程序的行为。
字节码增强

Arthas通过字节码增强技术来修改目标应用程序的类。它可以在类加载期间动态地修改类的字节码，以添加监控、日志记录或诊断代码。这使得Arthas能够捕获应用程序的运行时信息，并执行一系列诊断和分析任务。
命令行工具

提供了一个交互式的命令行界面，用户可以在命令行中输入各种命令来与目标应用程序进行交互。这些命令可以查询应用程序的状态、分析性能问题、诊断内存泄漏等。
类加载和类转换

Arthas在应用程序启动时作为Java Agent被加载，然后通过Instrumentation API监视目标应用程序的类加载过程。一旦目标应用程序加载了新的类，Arthas可以拦截类加载事件并对类进行必要的字节码增强。
类加载器隔离

Arthas采用了一种类加载器隔离的机制，以确保Arthas的Agent类加载器与目标应用程序的类加载器相互隔离，防止冲突和干扰。

总之，Arthas的实现原理基于Java Agent、Instrumentation API和字节码增强技术，使其能够动态地监控、诊断和分析运行中的Java应用程序。

基于Java Agent、Instrumentation的产品，除了arthas，常用的还有pinpoint、skywalking这些非常有名气的产品。

关于Java Agent/Instrumentation 的知识，请参见尼恩的博客：

ByteBuddy（史上最全）

关于skywalking 的架构和源码，请参见尼恩的视频：

《第24章视频：资深架构必备，彻底穿透Skywalking链路跟踪源码、JavaAgent探针技术》

参考文献：

简介 | arthas (aliyun.com)

说在最后： “offer自由” 很容易的

Java Agent、Instrumentation、arthas 相关的面试题，是非常常见的面试题。

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阿里面试：Arthas原理和使用，大概说说吧？

尼恩说在前面

文章目录

Arthas 在线排错工具的巨大价值

arthas快速开始

方式一：使用 arthas-boot 启动arthas

方式二：使用 as.sh 脚本启动arthas

arthas官方使用案例：

1、启动 math-game

2、启动 arthas

3、dashboard 展示当前进程的信息

4、thread 命令Main Class

5、jad命令 来反编译 Main Class

6、watch

7、退出 arthas

Arthas的核心命令详解

1、基础命令

2、类操作命令

2.1 sc 命令：

sc 命令 使用参考

2.2 sm 命令

参数说明

使用参考

2.3 jad命令

参数说明参数说明

2.4 mc命令

2.6 retransform命令

2.7 dump命令

参数说明

使用参考

2.8 classloader命令

使用参考

3、JVM操作的命令

3.1 dashboard命令

参数说明

使用参考

数据说明

JVM 内部线程

3.2 thread命令

cpu 使用率是如何统计出来的？

eg:支持一键展示当前最忙的前 N 个线程并打印堆栈：

thread --all, 显示所有匹配的线程

3.3 jvm命令

3.4 sysprop命令

3.5 sysenv命令

3.6 vmoption命令

3.7 getstatic命令

3.8 ognl命令

3.9 heapdump命令

3.10 mbean命令

3.11 memory命令

4、字节码增强命令

4.1 watch命令

4.2 tt 命令

4.3 monitor命令

4.4 stack命令

4.5 trace命令

5、OGNL表达式

基本语法

参数说明

①、调用静态属性

②、调用静态方法

③、调用构造方法

④、读取不同类型的值

Arthas线上常用场景

1、排查CPU占用过高问题

2、排查线程阻塞问题

3、排查死锁问题

4、排查方法执行过慢问题

5、动态修改线上代码

Arthas底层原理

参考文献：

说在最后： “offer自由” 很容易的

尼恩技术圣经系列PDF

5、jad命令来反编译 Main Class

sc 命令使用参考