jstat, jmap, btrace, jprofiler, vjtools都基於什麼實現？ 對圍繞JVM的各種工具的外掛技術，運用大整理術，讓大家從茫然，到輕搖紙扇，知道分子。
歸攏一下，就是C 和 Java兩種Agent，SA 和 VirtualMachine 兩種 Attach，JMX和PerfData兩種Data，兩兩之間很是混淆，網上好像少了篇簡明扼要的科普，所以自己操刀補了一篇，作為上週的直播《VJTools如何利用佛性技術完全JVM》的續集。
1. 兩種Agent
1.1 Native Agent
以 C/C++代碼編寫的Agent，用強大的JVMTI（JVM Tool Interface）接口與JVM進行通訊，訂閱感興趣的JVM事件（比如方法出入、線程始末等等），當這些事件發生時，會回調Agent的代碼。 JVMTI 同時提供了眾多的功能函數，查詢和控制 Java 應用的運行狀態，包括內存控制和對象獲取，線程與鎖等等，簡直無所不能。
使用者，包括各種Profile工具，如Yourkit，JProfiler，Aysnc-Profiler, 還有動態Reload Class而不重啟應用的JRebel。
使用方式 ，可以在啟動命令里加入 -agentlib: 或 -agentpath: /path/to/agent.so，也可以用後面講的VituralMachine.attach()動態加載。
1.2 Java Agent
Java Agent的底層也是JVMTI ，但後門能力就只剩一個AOP 代碼植入了：在加載class文件之前做攔截並對字節碼做修改。比如AspectJ，單元測試覆蓋率的Jacoco，動態重載Class的Spring-Loaded。
典型代碼如下：
public class MyAgent {
public static void premain(String args, Instrumentation instrumentation){
ClassFileTransformer transformer = new MyClassWeaving();
instrumentation.addTransformer(transformer);
}
}
另一種逍遙的用法，就是為了隨時讓 “一段代碼” 與 “主應用” 在同一JVM中運行，而不用修改主應用的代碼去顯式調用。
比如JMX的agent，啟動一條TCP偵聽線程響應JMX 請求。比如jolokia的agent，啟動一條Http偵聽線程，響應Restful版的JMX請求。比如btrace，啟動一條TCP線程與btrace client通信，接收client發過來的腳本字節碼，進行加載並輸出結果。
它有兩種啟動方式：
一種是在啟動時命令行加入 -javaagent:/path/to/agent.jar，根據agent.jar中的MANIFEST.MF文件中的Premain-Class定義，JVM找到相應的MyAgent類，調用其premain函數。
一種是通過後面講的VM.attach()技術，在任意時刻由外部程序來靈活加載，調用其agentmain函數。
2.兩種Attach
兩種截然不同方式實現的Attach，本質上都是在跟蹤程序與目標JVM之間建立一個溝通的管道，然後在跟蹤程序使用特定的API去操作目標JVM。
2.1 Vitural Machine.attach()
跟蹤程序通過Unix Domain Socket 與目標JVM的Attach Listener線程進行交互。 Socket 文件為/tmp/.java_pid$PID。
API 接口是com.sun.tools.attach.VirtualMachine 及其子類sun.tools.attach.HotSpotVirtualMachine，在tools.jar中，運行時需要依賴，可以做下面的事情:
● dumpHeap： jmap -dump 效果● heapHisto： jmap -histo效果● threadDump： jstack效果● dataDump： kill-3 效果(jstack + jmap -heap)● loadAgent： 動態加載C/Java Agent● agentProperties： 獲得已加載Agent的屬性● sytemProperties： 獲得System Properties● setFlag： 動態設置可寫的JVM參數（但沒幾個是可寫的）● printFlag： 打印JVM 參數的值● jcmd： 執行jcmd命令，具體能幹啥見jcmd $PID help
可見， jmap, jmap，jcmd 們默認就是基於這個機制來做事情的。
VJTools的vjmxcli的特色之一，如果應用的啟動腳本忘了設定啟動JMX，可以根據PID attach到應用裡，動態的把JMX Agent啟動起來，然後通Agent屬性獲得本地連接地址，嗯， jconsole也是這麼幹的。
2.2 SA.attach()
著名的SA（Serviceability Agent），用於分析JVM運行時進程的Snapshot數據。Snapshot的意思，就是當SA 開始分析時，整個目標JVM是停頓下來不工作的，讓SA可以從容讀取進程內存中的數據，直到斷開後才會恢復。所以在生產上使用這類工具時，必須先摘除流量。
這個神奇的操作，主要是通過系統調用ptrace實現。ptrace會使內核暫停目標進程並將控制權交給跟蹤進程，使跟蹤進程得以察看目標進程的內存，詳見ptrace的man，所以在容器環境下，需要打開ptrace的安全權限。
API的接口，一個是 sun.jvm.hotspot.HotSpotAgent 負責attach， sun.jvm.hotspot.runtime.VM負責操作，在sa-jdi.jar中。
VM類從內存二進制信息中，提取出JVM內部數據結構，包括：
● 內存的getObjectHeap()/getUniverse()● 處線程的getThreads()● 永久代內容的getSymbolTable()，getStringTable()， getSystemDictionary()● 還有很厲害的讀內部Native對象值的getTypeDataBase()
jstack，jmap 們默認用前面的VM.attach()模式，與目標JVM的Attach Listener線程通信， 但如果目標JVM已經半死不活，Attach Listener線程無力響應請求時，就可以增加-F 參數，轉而使用SA.attach 模式，用ptrace去暴力接管進程， 詳細代碼見sun.tools.jmap.JMap。看代碼你還會發現，因為AttachListener支持的命令有限，所以jmap -heap 打印heap的總結信息時，也是以SA模式進去。
VJTools的vjmap是jmap的一個增強，能夠獨立各個分代中對象的數量大小統計，用以排除新生代對象的干擾，查找內存緩慢洩漏的問題，比如更直接找出Survior區裡age>2的對象，裡面就使用了VM類的觀察者模式回調，和直接內存訪問 兩種方法來遍歷。
SA模式比VM模式做相同事情時要慢一截，非必需時不要用它。還有，如果跟蹤程序被kill－9 非正常退出，沒有執行中斷SA，目標JVM就會一直暫停在那裡，Linux下可以執行kill -18 $PID 發送SIGCONT信號重新激活目標進程。
3. 兩種Data
3.1 JMX
文章已太多，不再囉嗦。其中vjtools的vjtop，如何不停頓JVM的獲得線程的CPU、內存信息，獲得某條繁忙進程的StackTrace看看它在忙些什麼，值得一看。
3.2 PerfData
很多人不知道的一個機制，JVM其實每秒都會將自己的大量統計數據，寫入到 /tmp/hsperfdata_$username/$pid 文件中。
用下面指令可以感受下：
jcmd $PID PerfCounter.print
內容包括jvm的基本信息，內存，GC，線程數等等，還有一些JMX中沒有暴露的數據，比如包含JVM中所有的停頓的SafePoint信息。
//線程的情況
java.threads.daemon=6
java.threads.live=7
...
// younggen的情況
sun.gc.generation.0.capacity=44695552
sun.gc.generation.0.maxCapacity=715784192
sun.gc.generation.0.minCapacity=44695552
....
jps，其實就是讀取/tmp/hsperfdata_$username/ 目錄下所有的文件。
jstat，同樣是讀取這個神秘的文件。一個很大的好處，就是它只默默讀取文件，而不會像JMX那樣要與應用程序交互，打擾應用程序的工作。
自己寫代碼也簡單，使用 sun.management.counter.perf.PerfInstrumentation類即可，VJTools裡的vjtop 從JMX，PerfData和/proc/pid 三處地方，綜合打印JVM的概況和繁忙線程的情況，裡面的PerfData類就是其使用的展示。
PerfData文件是mmap到內存中的，讀寫都很快，但每次寫完還要更新磁盤上的文件元數據比如last modified time，如果遇上磁盤高IO，還是有概率造成JVM被鎖定一段時間。所以我們以前通過-XX:+PerfDisableSharedMem禁止了perfdata的寫入，不過現在又有點搖擺。
注意，perfdata 和 vm.attach 都需要在/tmp 目錄讀寫文件，如果目標JVM的啟動參數重新指定了臨時目錄，而跟蹤程序依然去讀取/tmp 目錄，也會導致這些機制失效。
4. 小結
VJTools (https://github.com/vipshop/vjtools) 的三個工具，是上面的兩種Attach, 兩種Data的使用樣本，大家可以直接閱讀源碼來加深印象，再順手點個Star。
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原文地址：http://calvin1978.blogcn.com/articles/vjtools-tools4.html
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