在JDK的安用装目录bin下，有一些有非常实用的小工具，可用于分析JVM初始配置、内存溢出异常等问题，我们接下来将对些常用的工具进行一些说明。
1. JDK小工具简介
在JDK的bin目录下面有一些小工具，如javac,jar,jstack,jstat等，在日常编译运行过程中有着不少的“额外”功能，那么它们是怎么工作的呢？
虽然这些文件本身已经被编译成可执行二进制文件了，但是其实它们的功能都是由tools.jar这个工具包(配合一些dll或者so本地库)完成的，每个可执行文件都对应一个包含main函数入口的java类(有兴趣可以阅读openJDK相关的源码
它们的对应关系如下(更多可去openJDK查阅)：
javac com.sun.tools.javac.Mainjar sun.tools.jar.Mainjps sun.tools.jps.Jpsjstat sun.tools.jstat.Jstatjstack sun.tools.jstack.JStack...
2. tools.jar的使用
我们一般开发机器上都会安装JDK+jre，这时候，要用这些工具，直接运行二进制可执行文件就行了，但是有时候，机器上只有jre而没有JDK，我们就无法用了么？
如果你知道如上的对应关系的话，我们就可以"构造"出这些工具来(当然也可以把JDK安装一遍，本篇只是介绍另一种选择)
比如我们编写
//Hello.javapublic class Hello{public static void main(String[] args)throws Exception{while(true){test1();Thread.sleep(1000L);}}public static void test1(){test2();}public static void test2(){System.out.println("invoke test2");}}
可以验证如下功能转换关系
1.编译源文件：
javac Hello.java => java -cp tools.jar com.sun.tools.javac.Main Hello.java
结果一样，都可以生成Hello.class文件
然后我们开始运行java -cp . Hello
2.查看java进程:
jps => java -cp tools.jar sun.tools.jps.Jps
结果一样，如下：
4615 Jps11048 jar3003 Hello
3.动态查看内存:
jstat-gcutil30031003=>java-cptools.jarsun.tools.jstat.Jstat-gcutil30031003
发现结果是一样的
S0S1EOMCCSYGCYGCTFGCFGCTGCT0.000.004.000.0017.4219.6500.00000.0000.0000.000.004.000.0017.4219.6500.00000.0000.0000.000.004.000.0017.4219.6500.00000.0000.000
4.查看当前运行栈信息
正常情况，执行如下命令结果也是一样，可以正常输出
jstack3003=》java-cptools.jarsun.tools.jstack.JStack3003
但是有的jre安装不正常的时候，会报如下错误
Exceptioninthread"main"java.lang.UnsatisfiedLinkError:noattachinjava.library.path
这是因为jstack的运行需要attach本地库的支持，我们需要在系统变量里面配置上其路径，假如路径为/home/JDK/jre/bin/libattach.so
命令转换成
jstack3003=》java-Djava.library.path=/home/JDK/jre/bin-cptools.jarsun.tools.jstack.JStack3003
就可以实现了
在linux系统中是libattach.so，而在windows系统中是attach.dll，它提供了一个与本机jvm通信的能力，利用它可以与本地的jvm进行通信，许多java小工具就可能通过它来获取jvm运行时状态，也可以对jvm执行一些操作
3. attach使用
3.1编写agent.jar代理包
1. 编写一个Agent类
//Agent.javapublicclassAgent{publicstaticvoidagentmain(Stringargs,java.lang.instrument.Instrumentationinst){System.out.println("agent:"+args);}}
2. 编译Agent
java-cptools.jarcom.sun.tools.javac.MainAgent.java//或者javacAgent.java
3. 再编manifest.mf文件
//manifest.mfManifest-Version:1.0Agent-Class:AgentCan-Redefine-Classes:trueCan-Retransform-Classes:true
4. 把Agent.class和manifest.mf进行打包成agent.jar
java-cptools.jarsun.tools.jar.Main-cmfmanifest.mfagent.jarAgent.class//或者jar-cmfmanifest.mfagent.jarAgent.class
3.2 attach进程
1. 编写如下attach类，编译并执行
//AttachMain.javapublicclassAttachMain{publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{com.sun.tools.attach.VirtualMachinevm=com.sun.tools.attach.VirtualMachine.attach(args[0]);vm.loadAgent("agent.jar","injectparams");vm.detach();}}
2. 编译：
java-cptools.jarcom.sun.tools.javac.Main-cptools.jarAttachMain.java//或者javac-cptools.jarAttachMain.java
3. 执行attach
java-cp.:tools.jarAttachMain3003
4. 查看Hello进程有如下输出：
invoketest2invoketest2invoketest2invoketest2invoketest2invoketest2invoketest2agent:injectparamsinvoketest2
说明attach成功了，而且在目标java进程中引入了agent.jar这个包，并且在其中一个线程中执行了manifest文件中agentmain类的agentmain方法，详细原理可以见JVMTI的介绍，例如oracle的介绍
3.3用attach制作小工具
1. 写一个使进程OutOfMemory/StackOverFlow的工具
有了attach的方便使用，我们可以在agentmain中新起动一个线程(为避免把attach线程污染掉)，在里面无限分配内存但不回收，就可以产生OOM或者stackoverflow
代码如下：
//Agent.javaforOOMpublicclassAgent{publicstaticvoidagentmain(Stringargs,java.lang.instrument.Instrumentationinst){newThread(){@Overridepublicvoidrun(){java.util.List<byte[]>list=newjava.util.ArrayList<byte[]>();try{while(true){list.add(newbyte[100*1024*1024]);Thread.sleep(100L);}}catch(InterruptedExceptione){}}}.start();}}//Agent.javaforstackoverflowpublicclassAgent{publicstaticvoidagentmain(Stringargs,java.lang.instrument.Instrumentationinst){newThread(){@Overridepublicvoidrun(){stackOver();}privatevoidstackOver(){stackOver();}}.start();}}
当测试OOM的时候，hello进程的输出为：
invoketest2Exceptioninthread"Thread-0"java.lang.OutOfMemoryError:JavaheapspaceatAgent$1.run(Agent.java:9)invoketest2invoketest2invoketest2
说明发生OOM了, 但是OOM线程退出了，其它线程还在正常运行。
如果我们需要进程在OOM的时候产生一些动作，我们可以在进程启动的时候增加一些OOM相关的VM参数
OOM的时候直接kill掉进程：-XX:OnOutOfMemoryError="kill -9 %p"
结果如下：
invoketest2invoketest2##java.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspace#-XX:OnOutOfMemoryError="kill-9%p"#Executing/bin/sh-c"kill-926829"...Killed
OOM的时候直接退出进程：-XX:+ExitOnOutOfMemoryError
结果如下：
invoketest2invoketest2Terminatingduetojava.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspace
OOM的时候进程crash掉：-XX:+CrashOnOutOfMemoryError
结果如下：
invoketest2invoketest2Abortingduetojava.lang.OutOfMemoryError:Javaheapspaceinvoketest2##AfatalerrorhasbeendetectedbytheJavaRuntimeEnvironment:##InternalError(debug.cpp:308),pid=42675,tid=0x00007f3710bf4700#fatalerror:OutOfMemoryencountered:Javaheapspace##JREversion:Java(TM)SERuntimeEnvironment(8.0_171-b11)(build1.8.0_171-b11)#JavaVM:JavaHotSpot(TM)64-BitServerVM(25.171-b11mixedmodelinux-amd64compressedoops)#Failedtowritecoredump.Coredumpshavebeendisabled.Toenablecoredumping,try"ulimit-cunlimited"beforestartingJavaagain##Anerrorreportfilewithmoreinformationissavedas:#/root/hanlang/test/hs_err_pid42675.log##Ifyouwouldliketosubmitabugreport,pleasevisit:#/bugreport/crash.jsp#Aborted
OOM的时候dump内存：-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/tmp/dump.hprof
结果生成dump文件
4. asm的应用
4.1 asm使用原理
asm是一个java字节码工具，提供一种方便的函数/属性级别修改已经编译好的.class文件的方法, asm的简单使用原理介绍如下：
通过ClassReader读取.class文件的字节码内容，并生成语法树；ClassReader的方法accept(ClassVisitor classVisitor, int parsingOptions)功能是让classVisitor遍历语法树，默认ClassVisitor是一个代理类，需要有一个具体的实现在遍历语法树的时候做一些处理；用ClassWriter是ClassVisitor的一个实现，它的功能是把语法树转换成字节码；通常我们会定义一个自己的ClassVisitor，可以重写里面的一些方法来改写类处理逻辑，然后让ClassWriter把处理之后的语法树转换成字节码；
下面是具体的实现步骤：
1. 引入asm依赖包
<dependency><groupId>org.ow2.asm</groupId><artifactId>asm</artifactId><version>7.0</version></dependency><dependency><groupId>org.ow2.asm</groupId><artifactId>asm-commons</artifactId><version>7.0</version></dependency>//或者引入如下包asm-commons-7.0.jarasm-analysis-7.0.jarasm-tree-7.0.jarasm-7.0.jar
2. 定义一个ClassVisitor，功能是在所有方法调用前和调用后分别通过System.out.println打印一些信息
输入为字节码，输出也是字节码
//MyClassVisitor.javapublicclassMyClassVisitorextendsClassVisitor{privatestaticfinalTypeSYSTEM;privatestaticfinalTypeOUT;privatestaticfinalMethodPRINTLN;static{java.lang.reflect.Methodm=null;try{m=PrintStream.class.getMethod("println",newClass<?>[]{String.class});}catch(Exceptione){}SYSTEM=Type.getType(System.class);OUT=Type.getType(PrintStream.class);PRINTLN=Method.getMethod(m);}privateStringcName;publicMyClassVisitor(byte[]bytes){super(Opcodes.ASM7,newClassWriter(PUTE_FRAMES));newClassReader(bytes).accept(this,ClassReader.EXPAND_FRAMES);}Stringformat(Stringname){returnname.replaceAll("<","_").replaceAll("\\$|>","");}@Overridepublicvoidvisit(intversion,intaccess,Stringname,Stringsignature,StringsuperName,String[]interfaces){cName=format(name);super.visit(version,access,name,signature,superName,interfaces);}@OverridepublicMethodVisitorvisitMethod(intaccess,Stringname,Stringdesc,Stringsignature,String[]exceptions){if((access&256)!=0){returnsuper.visitMethod(access,name,desc,signature,exceptions);}returnnewMyMethodAdapter(super.visitMethod(access,name,desc,signature,exceptions),access,name,desc);}publicbyte[]getBytes(){return((ClassWriter)cv).toByteArray();}classMyMethodAdapterextendsAdviceAdapter{privateStringmName;publicMyMethodAdapter(MethodVisitormethodVisitor,intacc,Stringname,Stringdesc){super(Opcodes.ASM7,methodVisitor,acc,name,desc);this.mName=format(name);}@OverrideprotectedvoidonMethodEnter(){getStatic(SYSTEM,"out",OUT);push(cName+"."+mName+"start");this.invokeVirtual(OUT,PRINTLN);}@OverrideprotectedvoidonMethodExit(intopcode){getStatic(SYSTEM,"out",OUT);push(cName+"."+mName+"end");this.invokeVirtual(OUT,PRINTLN);}}}
3. 定义一个简单的classLoader来加载转换后的字节码
//MyLoader.javaclassMyLoaderextendsClassLoader{privateStringcname;privatebyte[]bytes;publicMyLoader(Stringcname,byte[]bytes){ame=cname;this.bytes=bytes;}@OverrideprotectedClass<?>loadClass(Stringname,booleanresolve)throwsClassNotFoundException{Class<?>clazz=null;if(clazz==null&&cname.equals(name)){try{clazz=findClass(name);}catch(ClassNotFoundExceptione){}}if(clazz==null){clazz=super.loadClass(name,resolve);}returnclazz;}@OverrideprotectedClass<?>findClass(Stringname)throwsClassNotFoundException{Class<?>clazz=this.findLoadedClass(name);if(clazz==null){clazz=defineClass(name,bytes,0,bytes.length);}returnclazz;}}
4. 加载转换Hello类，然后反向调用其方法
//将如下main函数加入MyClassVisitor.java中publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{try(InputStreamin=Hello.class.getResourceAsStream("Hello.class")){byte[]bytes=newbyte[in.available()];in.read(bytes);Stringcname=Hello.class.getName();Class<?>clazz=newMyLoader(cname,newMyClassVisitor(bytes).getBytes()).loadClass(cname);clazz.getMethod("test1").invoke(null);}}
5. 编译
java-cptools.jarcom.sun.tools.javac.Main-cpasm-commons-7.0.jar:asm-analysis-7.0.jar:asm-tree-7.0.jar:asm-7.0.jar:.*.java//或者javac-cpasm-commons-7.0.jar:asm-analysis-7.0.jar:asm-tree-7.0.jar:asm-7.0.jar:.*.java
5. 运行
java-cpasm-commons-7.0.jar:asm-analysis-7.0.jar:asm-tree-7.0.jar:asm-7.0.jar:.MyClassVisitor//结果如下：Hello.test1startHello.test2startinvoketest2Hello.test2endHello.test1end
asm的使用很广泛，最常用的是在spring aop里面切面的功能就是通过asm来完成的
4.2利用asm与Instrument制作调试工具
Instrument工具
Instrument类有如下方法，可以增加一个类转换器
addTransformer(ClassFileTransformertransformer,booleancanRetransform)
执行如下方法的时候，对应的类将会被重新定义
retransformClasses(Class<?>...classes)
与asm配合使用
当我们修改Agent.java代码为下面内容
//AgentpublicclassAgent{publicstaticvoidagentmain(Stringargs,Instrumentationinst){try{URLClassLoaderloader=(URLClassLoader)Agent.class.getClassLoader();Methodmethod=URLClassLoader.class.getDeclaredMethod("addURL",URL.class);method.setAccessible(true);//代码级引入依赖包method.invoke(loader,newFile("asm-7.0.jar").toURI().toURL());method.invoke(loader,newFile("asm-analysis-7.0.jar").toURI().toURL());method.invoke(loader,newFile("asm-tree-7.0.jar").toURI().toURL());method.invoke(loader,newFile("asm-commons-7.0.jar").toURI().toURL());inst.addTransformer(newClassFileTransformer(){@Overridepublicbyte[]transform(ClassLoaderloader,StringclassName,Class<?>classBeingRedefined,ProtectionDomainprotectionDomain,byte[]bytes){returnnewMyClassVisitor(bytes).getBytes();}},true);inst.retransformClasses(Class.forName("Hello"));}catch(Exceptione){e.printStackTrace();}}}
编译并打包成agent.jar
//编译javac-cpasm-commons-7.0.jar:asm-analysis-7.0.jar:asm-tree-7.0.jar:asm-7.0.jar:.*.java//打包jar-cmfmanifest.mfagent.jarMyLoader.classMyClassVisitor.classMyClassVisitor\$MyMethodAdapter.classAgent.classAgent\$1.class
attach进程修改字节码
//执行java-cp.:tools.jarAttachMain3003//执行前后Hello进程的输出变化为invoketest2invoketest2invoketest2Hello.test1startHello.test2startinvoketest2Hello.test2endHello.test1endHello.test1startHello.test2startinvoketest2Hello.test2endHello.test1end
利用asm及instrument工具来实现热修改字节码现在有许多成熟的工具,如btrace（/btraceio/btrace，jvm-sandbox/alibaba/jvm-sandbox)
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