BTrace : Java 线上问题排查神器

什么是BTrace？

BTrace是在线检查并解决该问题的神器，BTrace可以通过脚本一路获取程序运行，并注意不用重启服务，是的，不要重启服务。 编写一个脚本，你可以直接使用这个命令，而不用用原来的代码。

原则

一般来说，BTrace是基于动态字节码修改（Hotswap）技术来跟踪和替换Java程序的。 一般原则可以用下面的公式来描述：

Client(Java compile api + attach api) + Agent（脚本解析引擎 + ASM + JDK6 Instumentation） + Socket其实 BTrace 就是使用了 java attach api 附加 agent.jar ，然后使用脚本解析引擎+asm来重写指定类的字节码，再使用 instrument 实现对原有类的替换。

安装和配置

本次安装和配置在 Linux Ubuntu 14.04 下进行。目前 BTrace 的最新版本为 1.3.9，代码托管在 [github] 上。第一步，在github 上下载 releases 版 btrace-bin-1.3.9.tgz，zip 版的没有 build 目录。第二步，解压 btrace-bin-1.3.9.tgz 到一个目录即可，例如 /home/fengzheng/soft/btrace , 到这一步其实就可以用了，只是执行脚本的时候需要在 btrace 命令前加上绝对路径，如果想在任意目录可执行，进行下一步第三步，配置环境变量，配置的环境变量包括 JAVA_HOME和 BTRACE_HOME ，例如我的配置如下：

之后执行命令 source /etc/profile ，使环境变量立即生效。接下来在任意目录执行 btrace命令，都可以执行成功了。

简单测试用例　　

btrace 最简单的语法是 btrace $pid script.java，所以需要知道要探测的 Java程序的进程id，然后编写一个探测脚本即可。

1. 写一个常驻内存的 Java 程序，这里写了一个无限循环，每隔5秒钟输出一组计算结果，内容如下：

顺便说一下命令行编译和运行 Java 的过程：

编译：javac -d . NumberUtil.java，定位到 NumberUtil.java 所在目录，然后执行此命令行，将会在当前目录（.表示当前目录）生成包名所示的目录结构，kite/lab/utils/NumberUtil.class

执行：java kite.lab.utils.NumberUtil 即可　　

2. 执行上面的程序后，可用 jps 命令查看 pid(一般情况下用哪个账号启动的程序，就要用哪个账号执行 jps ，root 账号除外)，执行 jps 命令看到如下结果：

3. 可以看到刚刚执行的 java 进程为 10860　　

4. 编写 btrace 脚本，脚本内容简单如下：

意思是在执行结束后（location=@Location(Kind.RETURN) 表示执行结束）输出结果和堆栈信息　　

5. 预编译：执行之前可以用预编译命令检查脚本的正确性，预编译命令为 btracec，它是一个 javac-like 命令，btracec NumberUtilBTrace.java

6. 调用命令行执行，btrace 10860 NumberUtilBTrace.java ，(如果要保存到本地文件中，可以使用转向命令 btrace 10860 NumberUtilBTrace.java > mylog.log )打印的信息如下

7. 按ctrl + c ，会给出退出提示，再按 1 退出

使用场景

BTrace 是一个事后工具，所谓事后工具就是在服务已经上线了，但是发现存在以下问题的时候，可以用 BTrace。

1. 比如哪些方法执行太慢，例如监控执行时间超过1s的方法

2. 查看哪些方法调用了 System.gc() ，调用栈是怎样的

3. 查看方法参数或对象属性

4. 哪些方法发生了异常

更重要的是，为了更好的解决问题，最好是配合提前做好准备和进行中监控，事先准备就是埋点，在可能发生的一些问题做日志输出， 进行中的监控当然是使用一些实时监控工具，比如VisualVM，jmc带有界面工具或者jdk提供的命令行工具，那么稍微高级一点就是使用Graphite Metrics工具 与Web界面的显示

• BTrace class不能新建类, 新建数组, 抛异常, 捕获异常,

• 不能调用实例方法以及静态方法(com.sun.btrace.BTraceUtils除外)

• 不能将目标程序和对象赋值给BTrace的实例和静态field

• 不能定义外部, 内部, 匿名, 本地类

• 不能有同步块和方法

• 不能有循环

• 不能实现接口, 不能扩展类

• 不能使用assert语句, 不能使用class字面值

拦截方法定义

@OnMethod 可以指定 clazz 、method、location。由此组成了在什么时机（location 决定）监控某个类/某些类（clazz 决定）下的某个方法/某些方法(method 决定)。

如何定位

1. 精准定位

直接定位到一个类下的一个方法，上面测试用的例子就是

2. 正则表达式定位

正则表达式在两个"/" 之间，例如下面的例子,监控 javax.swing 包下的所有方法，注意正式环境中，范围尽可能小一点，太大了性能会有影响。

通过在拦截函数的定义里注入@ProbeClassName String probeClass, @ProbeMethodName String probeMethod 参数，告诉脚本实际匹配到的类和方法名。

3. 按接口或继承类定位

例如要匹配继承或实现了 com.kite.base 的接口或基类的，只要在类前加上 + 号就可以了，例如

@OnMethod(clazz="+com.kite.base", method="doSome")

4. 按注解定位

在前面加上 @ 即可，例如@OnMethod(clazz="@javax.jws.WebService", method="@javax.jws.WebMethod")　　

拦截时机

拦截时机由 location 决定，当然也可为同一个定位加入多个拦截时机，即可以在进入方法时拦截、方法返回时拦截、抛出异常时拦截

1. Kind.Entry与Kind.Return

分别表示函数的开始和返回，不写 location 的情况下，默认为 Kind.Entry,仅获取参数值，可以用 Kind.Entry ，要获取返回值或执行时间就要用 Kind.Return

2. Kind.Error, Kind.Throw和 Kind.Catch

表示异常被 throw 、异常被捕获还有异常发生但是没有被捕获的情况，在拦截函数的参数定义里注入一个Throwable的参数，代表异常

3. Kind.Call 和 Kind.Line　　

Kind.Call 表示被监控的方法调用了哪些其他方法，例如：

@Self 表示当前监控的函数所在类，如果是静态类则为空，@TargetInstance 表示函数中调用的方法或属性所在的类，如果是静态方法则为空，@TargetMethodOrField 表示调用的方法或属性，如果要获取执行时间，那么 where 必须设置为 Where.AFTER

Kind.Line 监测类是否执行到了设置的行数，例如：

打印耗时超过100ms的方法

BTrace 提供了一系列的 sample, 可到 github 上查看。

注意问题

如果出现 Unable to open socket file: target process not responding or HotSpot VM not loaded 这个问题，可能的原因是执行 BTrace 脚本的用户和 Java 进程运行的用户不是同一个，使用 ps -aux | grep $pid查看一下 Java 进程的执行用户，保证和 BTrace 脚本执行用户相同即可