BTrace使用

 BTrace(https://btrace.dev.java.net/) 是一个非常不错的java诊断工具, 最近试着用了一下, 文档比较少, 主要是看例子吧. 
BTrace 中的B表示bytecode, 表明它是在字节码层面上对代码进行trace 
用来在运行中的java类中注入trace代码, 并对运行中的目标程序进行热交换(hotswap) 

btrace还提供了VisualVM Plugin 以及Netbeans Plugin

术语 
Probe Point 
在何处执行trace语句, 这里的"何处"可以是具体的跟踪地点和执行事件, 在BTrace中通过各种注解来指定 

Trace Actions or Actions 
在何时执行trace语句 

Action Methods 
定义在trace脚本中的trace语句, 具体来说就是脚本中的无返回值静态方法(1.2之后可以是非静态方法) 

BTrace限制 
为了保证trace语句只读, BTrace对trace脚本有一些限制(比如不能改变被trace代码中的状态) 

·         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

BTrace步骤 
1.取得目标java进程id(pid) 
2.编写BTrace脚本 
3.执行命令行:  btrace <pid> <自己定制的脚本> <输出文件>

eg：btrace 3045PrintExecuteTime.java > time.log 

完整的BTrace命令: 

引用

btrace [-I <include-path>] [-p <port>] [-cp <classpath>] <pid> <btrace-script> [<args>]

 

• -I 没有这个表明跳过预编译
• include-path: 指定用来编译脚本的头文件路径(关于预编译可参考例子ThreadBean.java)
• port : btrace agent端口, 默认是2020
• classpath : 编译所需类路径, 一般是指btrace-client.jar等类所在路径
• pid : java进程id
• btrace-script: btrace脚本, 如果是java文件, 则是未编译, class文件, 则是已编译过的
• args: 传递给btrace脚本的参数, 在脚本中可以通过$(), $length()来获取这些参数(定义在BTraceUtils中)

预编译BTrace脚本命令 

引用

btracec [-I <include-path>] [-cp <classpath>] [-d <directory>] <one-or-more-BTrace-.java-files>

参数和上面大同小异, btracec 是一个类似javac的程序, 使用该程序编译, 将根据BTrace的限制条件进行严格检查 

在目标程序中启动BTrace Agent 
这个主要针对需要在目标程序启动的时候就需要trace其行为的场景, 此时BTrace agent将与目标程序一起启动(前提是必须对BTrace脚本进行预编译) 
命令行: 

引用

java -javaagent:btrace-agent.jar=script=<pre-compiled-btrace-script1>[,<pre-compiled-btrace-script1>]* <MainClass> <AppArguments>

方法上的注解 

• @com.sun.btrace.annotations.OnMethod  用来指定trace的目标类和方法以及具体位置, 被注解的方法在匹配的方法执行到指定的位置会被调用. "clazz"属性用来指定目标类名, 可以指定全限定类名, 比如"java.awt.Component", 也可以是正则表达式(表达式必须写在"//"中, 比如"/java\\.awt\\..+/").  "method"属性用来指定被trace的方法. 表达式可以参考自带的例子(NewComponent.java 和 Classload.java, 关于方法的注解可以参考MultiClass.java). 有时候被trace的类和方法可能也使用了注解. 用法参考自带例子WebServiceTracker.java. 针对注解也是可以使用正则表达式, 比如像这个"@/com\\.acme\\..+/ ", 也可以通过指定超类来匹配多个类, 比如"+java.lang.Runnable"可以匹配所有实现了java.lang.Runnable接口的类. 具体参考自带例子SubtypeTracer.java.
• @com.sun.btrace.annotations.OnTimer 用来指定时长(ms)执行一次trace. 时长通过"value"属性指定. 具体参考自带例子 Histogram.java
• @com.sun.btrace.annotations.OnError 当trace代码抛异常时该注解的方法会被执行. 如果同一个trace脚本中其他方法抛异常, 该注解方法也会被执行.
• @com.sun.btrace.annotations.OnExit 当trace方法调用内置exit(int)方法(用来结束整个trace程序)时, 该注解的方法会被执行. 参考自带例子ProbeExit.java.
• @com.sun.btrace.annotations.OnEvent 用来截获"外部"btrace client触发的事件, 比如按Ctrl-C 中断btrace执行时将执行使用了该注解的方法, 该注解的value值为具体事件名称. 具体参考例子HistoOnEvent.java
• @com.sun.btrace.annotations.OnLowMemory 当内存超过某个设定值将触发该注解的方法, 具体参考MemAlerter.java
• @com.sun.btrace.annotations.OnProbe //我也没搞明白:(

参数上的注解 

• @com.sun.btrace.annotations.Self 用来指定被trace方法的this, 可参考例子AWTEventTracer.java 和 AllCalls1.java
• @com.sun.btrace.annotations.Return 用来指定被trace方法的返回值, 可参考例子Classload.java
• @com.sun.btrace.annotations.ProbeClassName (since 1.1) 用来指定被trace的类名, 可参考例子AllMethods.java
• @com.sun.btrace.annotations.ProbeMethodName (since 1.1) 用来指定被trace的方法名, 可参考例子WebServiceTracker.java
          o (since 1.2)可以通过注解的fqn boolean属性来表明是否要获取全限定方法名 

• @com.sun.btrace.annotations.TargetInstance (since 1.1) 用来指定被trace方法内部被调用到的实例, 可参考例子AllCalls2.java
• @com.sun.btrace.annotations.TargetMethodOrField (since 1.1) 用来指定被trace方法内部被调用的方法名, 可参考例子AllCalls1.java 合 AllCalls2.java
          o (since 1.2) 可通过注解的fqn boolean属性来表明是否要获取全限定方法名 

未被注解的方法参数 
未使用注解的方法参数一般都是用来做方法签名匹配用的, 他们一般和被trace方法中参数出现的顺序一致. 不过他们也可以与注解方法交错使用, 如果一个参数类型声明为*AnyType[]*, 则表明它按顺序"通吃"方法所有参数. 未注解方法需要与*Location*结合使用: 

• Kind.ENTRY, Kind.RETURN- 被trace方法参数
• Kind.THROW - 抛异常
• Kind.ARRAY_SET, Kind.ARRAY_GET - 数组索引
• Kind.CATCH - 捕获异常
• Kind.FIELD_SET - 属性值
• Kind.LINE - 行号
• Kind.NEW - 类名
• Kind.ERROR - 抛异常

属性上的注解 

• @com.sun.btrace.annotations.Export 该注解的静态属性主要用来与jvmstat计数器做关联. 使用该注解之后, btrace程序就可以向jvmstat客户端(可以用来统计jvm堆中的内存使用量)暴露trace程序的执行次数, 具体可参考例子ThreadCounter.java
• @com.sun.btrace.annotations.Property 使用了该注解的trace脚本将作为MBean的一个属性, 一旦使用该注解, trace脚本就会创建一个MBean并向MBean服务器注册, 这样JMX客户端比如VisualVM, jconsole就可以看到这些BTrace MBean. 如果这些被注解的属性与被trace程序的属性关联, 那么就可以通过VisualVM 和jconsole来查看这些属性了. 具体可参考例子ThreadCounterBean.java 和 HistogramBean.java.
• @com.sun.btrace.annotations.TLS 用来将一个脚本变量与一个ThreadLocal变量关联. 因为ThreadLocal变量是跟线程相关的, 一般用来检查在同一个线程调用中是否执行到了被trace的方法. 具体可参考例子OnThrow.java 和 WebServiceTracker.java

类上的注解 

• @com.sun.btrace.annotations.DTrace 用来指定btrace脚本与内置在其脚本中的D语言脚本关联, 具体参考例子DTraceInline.java.
• @com.sun.btrace.annotations.DTraceRef 用来指定btrace脚本与另一个D语言脚本文件关联. 具体参考例子DTraceRefDemo.java.
• @com.sun.btrace.annotations.BTrace 用来指定该java类为一个btrace脚本文件.

脚本举例如下 
1.监控方法参数（数组） 

import static com.sun.btrace.BTraceUtils.print;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.printArray;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.println;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.probeClass;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.probeMethod;

import com.sun.btrace.annotations.BTrace;
import com.sun.btrace.annotations.OnMethod;

@BTrace
public class PrintArgArray {

    /**
      * 此方法打印出Test类中的mergeArray(Long[] arrayOne, Long[] arrayTwo)方法传入的参数
      * 参数名字一定要和监控对象的方法参数名字一致
      *
      * @param arrayOne 监控参数一
      * @param arrayTwo 监控参数二
      * @author jerry
      */
    @OnMethod(clazz = "com.jerry.test.Test", method = "mergeArray")
    // 此处写明要监控的包、类、方法等   可以使用正则匹配
    public static void anyRead(Long[] arrayOne, Long[] arrayTwo) {
        // 打印监控的类名
         print(probeClass());
         print("   [");
        // 打印监控的方法名
         print(probeMethod());
         println("]");

        if (arrayOne != null) {
             printArray(arrayOne);
         } else {
             println("the arguments is null!");
         }

        if (arrayTwo != null) {
             printArray(arrayTwo);
         } else {
             println("the arguments is null!");
         }
     }

}

2.监控使用时间 

import static com.sun.btrace.BTraceUtils.name;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.print;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.println;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.probeClass;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.probeMethod;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.str;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.strcat;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.timeMillis;

import com.sun.btrace.annotations.BTrace;
import com.sun.btrace.annotations.Kind;
import com.sun.btrace.annotations.Location;
import com.sun.btrace.annotations.OnMethod;
import com.sun.btrace.annotations.TLS;

/**
* 监控方法耗时
*
* @author jerry
*/
@BTrace
public class PrintTimes {

    /**
      * 开始时间
      */
    @TLS
    private static long startTime = 0;

    /**
      * 方法开始时调用
      */
    @OnMethod(clazz = "/com\\.jerry\\../", method = "/.+/")
    public static void startMethod() {
         startTime = timeMillis();
     }

    /**
      * 方法结束时调用<br>
      * Kind.RETURN这个注解很重要
      */
    @SuppressWarnings("deprecation")
    @OnMethod(clazz = "/com\\.jerry\\../", method = "/.+/", location = @Location(Kind.RETURN))
    public static void endMethod() {

         print(strcat(strcat(name(probeClass()), "."), probeMethod()));
         print("   [");
         print(strcat("Time taken : ", str(timeMillis() - startTime)));
         println("]");
     }
}

3.监控内存

import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;
import java.lang.management.MemoryUsage;

import com.sun.btrace.annotations.BTrace;
import com.sun.btrace.annotations.OnLowMemory;

/**
* 监控内存使用
*
* @author jerry
*/
@BTrace
public class PrintMemory {

    /*
      * 指定内存区域低于一定的界限的时候才内存使用打印数据<br> 也可以指定时间间隔打印内存使用
      */
    @OnLowMemory(pool = "Tenured Gen", threshold = 6000000)
    public static void printMem(MemoryUsage mu) {
         print("MemoryUsage : ");
         println(mu);
         print("FreeMem : ");
         println(freeMemory());
         print("Heap:");
         println(heapUsage());
         print("Non-Heap:");
         println(nonHeapUsage());
     }
}