Eclipse远程调试Tomcat

最近，一直在研究Tomcat的工作内幕，主要的方法就是参考《How Tomcat Works》这本书和Tomcat 5.5.26的源代码。

Tomcat的代码结构还是比较清晰的，注释也比较全。但是代码毕竟是静态的，难以彻底弄清类与类之间的协作关系，以及运行时对象的交互关系。

如果能对Tomcat的启动、处理请求和停止的过程进行断点调试，看清Tomcat的每一步行踪，那么就能解决上面的问题了。

于是，又一个问题出来了：如何使用Eclipse远程调试Tomcat？

上网查了一些资料，相关的文章还是很多的。我简单梳理了一下解决方案及原理，顺便熟悉了Tomcat的启动脚本。

如何远程调试JVM？

远程调试Tomcat，本质上就是远程调试JVM。倒不是需要了解JVM自身的运行细节，而是要了解JVM上应用程序的运行细节。

无论如何，我们都要获取JVM运行时的内部信息（比如查看调试信息），并对JVM的运行流程进行控制（比如单步执行），才能达到调试的目的。

这个事情光靠调试器本身，肯定是做不到的。不然，JVM的安全性就大打折扣了。除非JVM提供某种“后门”，供调试器查询一些运行时信息，并允许调试器发送一些控制命令。

不得不感慨，JVM的强大。从J2SE 1.4.2开始，就已经提出并实现了Java^TM Platform Debugger Architecture，简称JPDA。

JPDA简介

顾名思义，JPDA为Java平台上的调试器定义了一个标准的体系结构。该体系结构包括3个主要组成部分：JVM TI、JDI和JDWP。

JVM TI的全称是Java Virtual Machine Tool Interface，它定义了JVM为了支持调试而必须提供的功能及相应的访问接口。这些访问接口是以本地语言的形式提供的，由JVM（比如Sun公司的HotSpot VM）负责实现。

不过，JVM TI只是JVM提供的一系列函数，调试器（特别是远程的调试器）如何调用呢？其实啊，JVM TI的直接客户端并不是调试器，而是一个称为“JPDA back-end”的东东。这个东东应该是属于JVM的一部分，在SUN JRE的bin目录下可以找到jdwp.dll(jdwp.so)的库文件，这就是JPDA back-end的实现。按我理解，JPDA back-end提供了各种访问方式（共享内存，Socket），通过这些方式接收调试器的请求，然后调用JVM TI接口。

JDI的全称是Java Debug Interface，它定义了访问JVM TI接口的高层API，以纯Java语言提供，由JDK实现（在Sun JDK的tools.jar可以找到）。调试器直接使用JDI来实现调试的功能。与JPDA back-end相对应，JDI实现的角色就是JPDA front-end。

JDWP的全称是Java Debug Wire Protocol，它定义了JPDA front-end和JPDA back-end之间通讯信息的二进制格式。这里的通讯信息主要包括两种：调试器发送给JVM的请求信息和JVM发送给调试器的调试信息。

总结一下，调试器调用JDK提供的JDI实现(JPDA front-end)，经由JDWP协议，和JVM自带的JPDA back-end(jdwp.dll, jdwp.so, ...)进行通讯。JPDA back-end通过调用JVM TI接口，从而获知调试信息，或发送控制命令。然后，JPDA back-end将调试信息或命令执行结果，通过JDWP协议，返回给调试器。

如何启用JPDA

默认情况下，JVM并没有启用JPDA back-end。需要在启动JVM的命令行加载以下参数：

-Xdebug -Xrunjdwp:transport=dt_socket,  address=8000,server=y,suspend=y

-Xdebug

启用调试特性

-Xrunjdwp

启用JDWP实现，它包含若干子选项：

transport=dt_socket

JPDA front-end和back-end之间的传输方法。dt_socket表示使用套接字传输。

address=8000

JVM在8000端口上监听请求。

server=y

y表示启动的JVM是被调试者。如果为n，则表示启动的JVM是调试器。

suspend=y

y表示启动的JVM会暂停等待，直到调试器连接上。

suspend=y这个选项很重要。如果你想从Tomcat启动的一开始就进行调试，那么就必须设置suspend=y。

Tomcat的启动脚本

只要Tomcat启动时，启用了JPDA，那么就可以被调试。而Tomcat默认是不启用JPDA的，需要我们手动开启。

开启JPDA的方法也很简单，对Tomcat的启动脚本做点修改，把启动JPDA的命令行参数添加进去，就可以了。

不过Tomcat启动脚本还是有点复杂的，并不是简单的”java ...“。我们先简单的梳理一下。

在Tomcat 5.5.26发行版的bin目录下，有N多脚本，其中与Tomcat启停有关的脚本是(以Windows为例)：

startup.bat        //启动Tomcat

shutdown.bat   //停止Tomcat

catalina.bat       //包含启动/停止Tomcat的核心逻辑

startup.bat和shutdown.bat都是通过调用catalina.bat来实现启动和停止的功能，因此他俩的代码都很少。主要的逻辑都在catalina.bat中。

catalina.bat是个强大的脚本，通过参数，可以执行各种动作，包括debug run start stop version等。

如果我们直接执行catalina.bat，就可以看到它的用法说明：

startup.bat，其实就是执行catalina.bat start；shutdown.bat，其实就是执行catalina.bat stop。

不难猜到，我们可以写一个jdpa.bat，直接调用catalina.bat jpda start，应该就可以启用JPDA。我们拷贝一份startup.bat，把下面这行

call "%EXECUTABLE%" start %CMD_LINE_ARGS%

修改成

call "%EXECUTABLE%" jpda start %CMD_LINE_ARGS%

不过，-Xdebug -Xrunjdwp:transport=dt_socket,  address=8000,server=y,suspend=y，这些选项参数怎么传递给catalina.bat呢？

看看catalina.bat前面的注释，server的值默认就是y，transport的值是变量JPDA_TRANSPORT，address的值是变量JPDA_ADDRESS，suspend的值是变量JPDA_SUSPEND 。如果没有显式地复制，这些变量的值默认是dt_shmem jdbconn n（默认值表示使用共享内存作为传输方式）。这些默认值不是我们需要的，Eclisep的远程调试目前只支持套接字传输。在调用catalina.bat jpda start之前，我们给这些变量设置恰当的值：

set JPDA_TRANSPORT=dt_socket
set JPDA_ADDRESS=8000
set JPDA_SUSPEND=y

call "%EXECUTABLE%" jpda start %CMD_LINE_ARGS%

然后，直接执行jpda.bat，Tomcat就运行在JPDA可调式模式下：

从上图可以看出，Tomcat的JPDA使用套接字传输，监听在8000端口。Tomcat的启动已经暂停，只有调试器连接上来，才会继续启动。

我把jpda.bat的完整内容列在下面，其中黑体部分，在startup.bat基础上添加的代码：

@echo off
if "%OS%" == "Windows_NT" setlocal
rem ---------------------------------------------------------------------------
rem Jpda script for the CATALINA Server
rem
rem $Id: jpda.bat 302918 2004-05-27 18:25:11Z yoavs $
rem ---------------------------------------------------------------------------

rem Guess CATALINA_HOME if not defined
set CURRENT_DIR=%cd%
if not "%CATALINA_HOME%" == "" goto gotHome
set CATALINA_HOME=%CURRENT_DIR%
if exist "%CATALINA_HOME%/bin/catalina.bat" goto okHome
cd ..
set CATALINA_HOME=%cd%
cd %CURRENT_DIR%
:gotHome
if exist "%CATALINA_HOME%/bin/catalina.bat" goto okHome
echo The CATALINA_HOME environment variable is not defined correctly
echo This environment variable is needed to run this program
goto end
:okHome

set EXECUTABLE=%CATALINA_HOME%/bin/catalina.bat

rem Check that target executable exists
if exist "%EXECUTABLE%" goto okExec
echo Cannot find %EXECUTABLE%
echo This file is needed to run this program
goto end
:okExec

rem Get remaining unshifted command line arguments and save them in the
set CMD_LINE_ARGS=
:setArgs
if ""%1""=="""" goto doneSetArgs
set CMD_LINE_ARGS=%CMD_LINE_ARGS% %1
shift
goto setArgs
:doneSetArgs

set JPDA_TRANSPORT=dt_socket
set JPDA_ADDRESS=8000
set JPDA_SUSPEND=y

call "%EXECUTABLE%" jpda start %CMD_LINE_ARGS%

:end

在Eclipse中远程调试Tomcat

首先将Tomcat 5.5.26的源代码分为container connectors jasper servletapi build五个项目，导入到Eclipse中。启动相关的代码主要在container中，就以它为当前项目，打开”Debug Configurations“对话框。

然后创建一个”Remote Java Application“，Connection Type选择”Standard (Socket Attach)“，Host填写localhost（Tomcat所在的主机地址），Port填写8000。最后点击”Apply“保存。

首先确保已经执行了jpda.bat，Tomcat正在等待调试器连接；然后执行上述的Debug Configuration，Eclipse就可以连上Tomcat。

Tomcat的启动是从Bootstrap的main方法开始，我在第一行代码处设置了断点，Tomcat的启动就停在了这一行：

接着，让Tomcat继续执行，我们可以看到，控制台输出了启动信息。