(收藏）神器BTrace快速入门

1.使用背景
生产环境系统发生问题时，定位问题需要获取系统运行时的相关数据，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，需要修改代码，将数据输出到日志文件，再发布到生产环境。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定位及解决；另一方面重新部署后环境很大程度上已被破坏，很难重现问题。BTrace在这种背景环境下应运而生了。

2.BTrace简述
Btrace (Byte Trace)是sun推出的一款Java 动态、安全追踪（监控）工具，可以在不停机的情况下监控系统运行情况，并且做到最少的侵入，占用最少的系统资源。官方网址：https://kenai.com/projects/btrace。BTrace在使用上做了很多限制，如不能创建对象、不能使用数组、不能抛出或捕获异常、不能使用循环、不能使用synchronized关键字、脚本的属性和方法都必须使用static修饰等，具体限制条件可参考用户手册。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，所以，可以先在本地验证BTrace脚本的正确性再使用。

3.BTrace优点
安全性：安全性不会导致对目标Java进程的任何破坏性影响；
无侵入性：无需对原有代码做任何修改，降低上线风险和测试成本，并且无需重启系统。

4.安装BTrace
1）下载地址：https://github.com/btraceio/btrace/releases/tag/v1.3.8.3-1
2）解压缩
3）设置环境变量
BTRACE_HOME=/Users/wlxs/btrace-bin-1.3.8.3
export BTRACE_HOME
export PATH=$PATH:$BTRACE_HOME/bin

5.使用btrace
作用：运行Btrace脚本
命令格式：

参数说明：

6.使用btracec
作用：预编译BTrace脚本，在编译期验证脚本正确性。
命令格式：

参数说明：directory指定编译结果输出路径，其它参数同btrace。

7.使用btracer
作用：btracer命令同时启动应用程序和BTrace脚本
命令格式：

参数说明：

8.注解说明
1）类注解
@com.sun.btrace.annotations.BTrace指定该java类为一个btrace脚本文件。
2）属性注解
@TLS标注的属性可以在追踪脚本的方法中通讯
3）方法注解
@OnMethod:指定该方法在什么情况下被执行，clazz属性指定要跟踪的类的全限定类名，也可以用正则表达式，“/类名的Pattern/”匹配，如/javax\\.swing\\..*/；用”+类名”追踪所有子类，如+java.lang.Runnable；用”@xxx”追踪用该注解注解过的类，如@javax.jws.WebService。method属性指定要追踪的方法名称，也可以用正则表达式。location属性用@Location来指定该方法在目标方法执行前(后、异常、某行、某个方法调用)被执行。
@OnTimer:定时执行该方法。
@OnExit:当脚本运行Sys.exit(code)时执行该方法。
@OnError:当脚本运行抛出异常时执行该方法。
@OnEvent:脚本运行时Ctrl+C可以发送事件。
@OnLowMemory:指定一个内存阀值，低于阀值值执行该方法。
@OnProbe:指定一个xml文件来描述在什么时候执行该方法。
4）方法参数注解
@Self:指目标对象本身。
@Retrun:指目标程序方法返回值(需要配合Kind.RETURN)。
@ProbeClassName:指目标类名。
@ProbeMethodName:指目标方法名。
@targetInstance:指@Location指定的clazz和method的目标(需要配合Kind.CALL)。
@targetMethodOrField:指@Location指定的clazz和method的目标的方法或字段(需要配合Kind.CALL)。
@Duration:指目标方法执行时间，单位是纳秒(需要需要配合Kind.RETURN或Kind.ERROR一起使用）。
AnyType:获取对应请求的参数，泛指任意类型。

9.追踪时机参数
Kind.Entry:开始进入目标方法时，默认值。
Kind.Return:目标方法返回时。
Kind.Error:异常没被捕获被抛出目标方法之外时。
Kind.Throw:异常抛出时。
Kind.Catch:异常被捕获时。
Kind.Call:被调用时。
Kind.Line:执行到某行时。

10.其它
1）追踪构造函数用法：@OnMethod(clazz="java.net.ServerSocket",method="<init>”)。
2）追踪静态内部类：在类与内部类之间加上"$"@OnMethod(clazz="com.vip.MyServer$MyInnerClass", method="hello”)。
3）追踪同名函数：如果有多个同名的函数，可以在拦截函数上定义不同的参数列表。
4）追踪结果输出可以使用>将结果输出到指定文件。

11.示例代码
Calculator类的add方法每隔5秒对a、b两个数进行相加，代码如下。
public class Calculator {
    private int c = 1;

    public int add(int a, int b) {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return a + b;
    }
}
BTraceDemo调用Calculator的add方法对两个随机数进行相加，代码如下。
public class BTraceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator calculator = new Calculator();
        Random random = new Random();
        while (true) {
            System.out.println(calculator.add(random.nextInt(10), random.nextInt(10)));
        }
    }
}

1）BTraceTest则是相应的追踪脚本，代码如下。
@BTrace
public class BTraceTest {
    private static long count;
    static{
        println("---------------------------JVM properties:---------------------------");
        printVmArguments();
        println("---------------------------System properties:------------------------");
        printProperties();
        println("---------------------------OS properties:----------------------------");
        printEnv();
        exit();
    }

    @OnMethod(
            clazz = "Calculator",
            method = "add",
            location = @Location(Kind.RETURN)
    )
    public static void trace1(int a, int b, @Return int sum) {
        println("trace1:a=" + a + ",b=" + b + ",sum=" + sum);
    }
}
运行如下命令：
btrace 11308 /Users/wlxs/java/BTraceTest.java
11308是BTraceDemo的进程ID，静态块中的输出结果就不展示了。trace1方法实现对Calculator类的add方法的入参和返回值进行追踪，结果如下。
trace1:a=2,b=6,sum=8

2）为了节省篇幅，下面都将只列出各个追踪的方法，trace2追踪Calculator类的add方法执行时间，默认时间单位是纳秒。
@OnMethod(
            clazz = "Calculator",
            method = "add",
            location = @Location(Kind.RETURN)
    )
    public static void trace2(@Duration long duration) {
        println(strcat("duration(nanos): ", str(duration)));
        println(strcat("duration(s): ", str(duration / 1000000000)));
    }
结果如下。
duration(nanos): 5004187000
duration(s): 5

3）trace3追踪Calculator类的add方法，并且追踪add方法中的任何类的sleep方法，代码如下。
@OnMethod(
            clazz = "Calculator",
            method = "add",
            location = @Location(value = Kind.CALL, clazz = "/.*/", method = "sleep")
    )
    public static void trace3(@ProbeClassName String pcm, @ProbeMethodName String pmn,
                              @TargetInstance Object instance, @TargetMethodOrField String method) {
        println(strcat("ProbeClassName: ", pcm));
        println(strcat("ProbeMethodName: ", pmn));
        println(strcat("TargetInstance: ", str(instance)));
        println(strcat("TargetMethodOrField : ", str(method)));
        println(strcat("count: ", str(++count)));
    }
结果如下。
ProbeClassName: Calculator
ProbeMethodName: add
TargetInstance: null
TargetMethodOrField : sleep
count: 1

4）trace4每隔6秒打印一次count的值，代码如下。
   @OnTimer(6000)
    public static void trace4() {
        println(strcat("trace4:count: ", str(count)));
    }
结果如下。
trace4:count: 1

5）trace5用于获取Calculator类的c属性的值，代码如下。
    @OnMethod(
            clazz = "Calculator",
            method = "add",
            location = @Location(Kind.RETURN)
    )
    public static void trace5(@Self Object calculator) {
        println(get(field("Calculator", "c"), calculator));
    }

6）traceMemory每隔4秒打印一次印堆和非堆内存信息，代码如下。
   @OnTimer(4000)
    public static void traceMemory() {
        println("heap:");
        println(heapUsage());
        println("no-heap:");
        println(nonHeapUsage());
    }
结果如下。
heap:
init = 10485760(10240K) used = 4430576(4326K) committed = 9961472(9728K) max = 9961472(9728K)
no-heap:
init = 24576000(24000K) used = 7813992(7630K) committed = 24576000(24000K) max = 136314880(133120K)

7）trace6每隔4秒检测是否有死锁产生，并打印产生死锁的相关类信息、对应的代码行、线程信息，代码如下。
    @OnTimer(4000)
    public static void trace6() {
        deadlocks();
    }

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