java debug 体系分析

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      作为一个程序员，每天都会遇到问题、调试代码。常见的调试一般是加日志、打断点。在java中添加日志，每次都要编译，极其不便。java作为一门成熟的语言，怎么能没有成熟的机制？我们平时一般会用IDE自带的调试工具，eclipse、Intellij 等。本文将讲解一下java debug 体系的基础知识。

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1 JPDA (Java platform debug Architecture)体系介绍

      我们在调试的过程中，一般需要一些方法来观察和测试运行态中的环境信息，比如变量、状态、jvm 状态、堆栈信息等。这些通过JPDA都可以搞到。

2 JPDA结构

JPDA结构

      JPDA定义了一个完整独立的体系，它由三个相对独立的层次共同组成，而且规定了三者之间的交互方式。这三个层次由低到高依次是Java 虚拟机工具接口（JVMTI），Java 调试线协议（JDWP）以及 Java 调试接口（JDI）。这三个模块把调试过程分解成几个很自然的概念：调试者（debugger）和被调试者（debuggee），以及他们中间的通信器。

3 JPDA三层结构的交互

交互

基本交互可以分为如下步骤：

3.1、jvmti 相关的步骤

• jvm启动，注册JVMTI：jvm启动时，会检查对应的jvm参数，加载jvmti。
• jvm启动， jdwp以agent的方式加载，并且设置对应的callback函数。启动jdwp的监听socket ；并且会初始化一个eventQueue实例，用户后续跟jdi 进行event交互。event 共有18种。（这个过程可以在启动时加载，也可以jvm其中之后以attach的方式加载 你假笨的jvm attach机制实现）。具体的jvm启动过程可以看一些我的这篇文章：jvm启动 ；

3.2、JDI相关的步骤

上述步骤主要描述了一下jvmti 相关的启动，下面讲一下JDI相关的步骤（以断点调试为例）：

• 从Intellij建立Remote debug, 此时就是建立了一个socket连接（上面步骤中jdwp agent 已经建立了socket ，等待客户端的连接）
• 建立完连接，第一件事情就是双方进行handshake 交互，彼此之间确认对方使用的都是jdwp协议。
• Intellij 设置断点，就是通过jdi 的eventRequestManage 生成一个类型为breakpoint event 并且带有filter（保证只在特定地方生效）的eventRequest， 然后按照jdwp协议组装成command ，发送给目标jvm.

3.3、目标jvm的处理

• 目标jvm接收到来自调试端的command 指令，会解析指令
• 目标jvm 运行，当触发breakpoint event 且满足调试端的filter 规则时 ，将这个breakpoint event加入到breakpoint eventSet 中
• 然后 eventQueue 实例会将eventSet 按照FIFO的顺序返回给调试端。当然返回之前会将结果按照jdwp协议组装成reply 命令返回。

4 总结

本文讲述了JPDA的概述，组成部分，重点讲述了组成部分之间的交互流程。后面的文章将展开讲述这几个组成部分。
本系列其他文章链接：
jvm启动流程图
jvmti agent的加载与回调函数的执行分析
java debug 体系-jdi
java debug 体系-jdwp
java debug 体系-JVMTI

参考文献

1、第 1 部分，JPDA 体系概览
2、JPDA#2：架构源码浅析
3、jvm启动流程图