Java程序排查问题利器之Btrace

（一）Btrace的介绍

BTrace是Java的安全可靠的动态跟踪工具。他的工作原理是通过 instrument + asm 来对正在运行的java程序中的class类进行动态增强，可以在不用重启的情况下监控系统运行情况，方便的获取程序运行时的数据信息，如方法参数、返回值、全局变量和堆栈信息等，并且做到最少的侵入，占用最少的系统资源。

正如上面描述的一些特性，所以btrace一般是用来排查生产环境jvm问题的一款利器，使用它不用再担心应用程序的日志打的不够全，不够细，也不用为了排查问题一遍遍的重启程序。

（二）Btrace的一些限制

由于Btrace会把脚本逻辑直接侵入到运行的代码中，所以在使用上做很多限制：

    1、不能创建对象

    2、不能使用数组

    3、不能抛出或捕获异常

    4、不能使用循环

    5、不能使用synchronized关键字

    6、属性和方法必须使用static修饰

此外不恰当的使用BTrace可能导致生产程序直接挂掉，所以在上生产环境之前，务必在开发环境充分验证脚本的正确性。

（三）Btrace能干什么

（1）分析任意接口或者方法的耗时情况

（2）分析不断的添加数据时，Map的扩容情况

（3）分析那个方法里面调用了System.gc()方法，并打印出其调用栈

（4）某些方法抛出异常时，分析其运行参数

（5）统计一些接口的调用次数

（6）分析一些方法的代码是否执行到了某一行

（7）..........

注意上面的所有操作，都是监控正在运行中的程序，基本不会产生任何影响。

（四）Btrace的安装

（1）从github上下载最新的二进制包，版本是1.3.10.2

wget https://github.com/btraceio/btrace/releases/download/v1.3.10.2/btrace-bin-1.3.10.2.tgz

（2）解压到指定路径

（3）设置环境变量

BTRACE_HOME=/root/btrace
export BTRACE_HOME
export PATH=$PATH:$BTRACE_HOME/bin

（4）验证安装是否成功

 [root@es1 ~]# btrace --version
BTrace v.1.3.10 (20171121)

（5）查看btrace的帮助文档

[root@es1 build]# btrace
Usage: btrace <options> <pid> <btrace source or .class file> <btrace arguments>
where possible options include:
 --version             Show the version
  -v                    Run in verbose mode
  -o <file>             The path to store the probe output (will disable showing the output in console)
-u                    Run in trusted mode
  -d <path>             Dump the instrumented classes to the specified path
  -pd <path>            The search path for the probe XML descriptors
  -classpath <path>     Specify where to find user class files and annotation processors
  -cp <path>            Specify where to find user class files and annotation processors
  -I <path>             Specify where to find include files
  -p <port>             Specify port to which the btrace agent listens for clients
  -statsd <host[:port]> Specify the statsd server, if any

（五）Btrace使用的一个例子

注意btrace在maven上发布的jar，版本非常低，都是几年前的版本了，如果要编写btrace脚本，建议把安装目录下三个核心jar直接拷贝到工程中临时使用即可，如果想要随时使用，也可以将其上传到你们公司的maven私服上。

[root@es1 btrace]# ll build/
总用量 1572
-rw-r--r--. 1 root root 460271 12月 16 00:44 btrace-agent.jar
-rw-r--r--. 1 root root 358679 12月 16 00:44 btrace-boot.jar
-rw-r--r--. 1 root root 785219 12月 16 00:44 btrace-client.jar

（1）在使用btrace之前，我们先需要写一个简单的java程序，模拟成是线上正在跑的程序

代码比较简单，就是每隔随机的时间，随机生成两个整数，进行求和：

package com.test;
import java.util.Random;
 
public class BtraceTest  {
 
    public static Random random=new Random();
 
    public int add (int a, int b)   {
        int sum=a+b;
        System.out.println("和："+sum);
        return a+b;
    }
 
    public void run(){
        try {
            while (true) {
                add(random.nextInt(10), random.nextInt(10));
                Thread.sleep(random.nextInt(10) * 100);
            }
 
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
 
    public static void main(String[] args)     {
        new BtraceTest().run();
 
    }
 
}

（2）主程序已经有了，下面就需要我们写btrace脚本，来监控”我们的线上程序了” 注意，需要在工程里面引入上面提到的3个jar。

监控的代码如下：

package samples;
import com.sun.btrace.BTraceUtils;
import com.sun.btrace.annotations.*;
import com.sun.btrace.annotations.Export;
import static com.sun.btrace.BTraceUtils.*;
 
@BTrace
public class OnlineDebug {
 
    @OnExit//当成程序退出时，执行一些命令
    public static void onexit(int code) {
        println("BTrace program exits! with code: " + code);
    }
 
    @Export //可以用来统计调用次数
    public static long counter;
 
    @OnMethod(clazz="com.test.BtraceTest", method="add",
            location=@Location(value=Kind.RETURN))
    public static void m(@Self Object self, int a,int b,@Return int result,@Duration long time) {
        BTraceUtils.println("参数： a: "+a+"  b: "+b);
        BTraceUtils.println("花费时间：  "+time*1.0/1000+"ms");
        jstack();//打印堆栈信息
        counter++;
    }
 
    @OnEvent("1")//通过事件触发，打印当前的程序调用次数
    public static void setL1() {
        BTraceUtils.println("executor count：  "+counter);
    }
 
    //监控程序是否走到第22行代码
    @OnMethod(clazz = "com.test.BtraceTest", location = @Location(value = Kind.LINE, line = 22))
    public static void onBind() {
        println("执行到第22行");
    }
 
    //每隔指定时间打印一下调用次数
     @OnTimer(5000)
    public static void run(){
        BTraceUtils.println("executor count：  "+counter);
    }
 
//    //慎用 监控程序里面是否调用了，java.lang下面的一些类或方法
//    @OnMethod(clazz="/java\\.lang\\..*/", method="/.*/")
//    public static void swingMethods( @ProbeClassName String probeClass, @ProbeMethodName String probeMethod) {
//        print("entered " + probeClass + "."  + probeMethod);
//    }
}

（六）模拟测试

经过步骤五，我们已经准备好了模拟程序和监控脚本，下面来部署测试下：

（1）首先，通过maven将模拟程序打包成一个jar

（2）选择一台linux机器将jar包上传

（3）执行命令，启动模拟程序

java -cp xxx.jar com.test.BtraceTest
linux终端输出内容如下：

和：8
和：11
和：3
和：12
和：14
和：15
和：8
和：2
和：8
和：7
和：18
和：4
（4）打开另一个linux终端部署监控脚本OnlineDebug.java到指定目录

赋予执行权限:
chmod +x OnlineDebug.java
执行jps命令，查看模拟程序的进程id

启动监控脚本：
btrace 2139 OnlineDebug.java
等待几秒后，控制台输出如下：

参数： a: 0 b: 8
花费时间： 101.973ms
com.test.BtraceTest.add(BtraceTest.java:11)
com.test.BtraceTest.run(BtraceTest.java:17)
com.test.BtraceTest.main(BtraceTest.java:28)
参数： a: 3 b: 4
花费时间： 116.611ms
com.test.BtraceTest.add(BtraceTest.java:11)
com.test.BtraceTest.run(BtraceTest.java:17)
com.test.BtraceTest.main(BtraceTest.java:28)
参数： a: 0 b: 2
花费时间： 113.168ms
com.test.BtraceTest.add(BtraceTest.java:11)
com.test.BtraceTest.run(BtraceTest.java:17)
com.test.BtraceTest.main(BtraceTest.java:28)
参数： a: 7 b: 7
花费时间： 113.434ms
com.test.BtraceTest.add(BtraceTest.java:11)
com.test.BtraceTest.run(BtraceTest.java:17)
com.test.BtraceTest.main(BtraceTest.java:28)
参数： a: 6 b: 1
花费时间： 181.184ms
com.test.BtraceTest.add(BtraceTest.java:11)
com.test.BtraceTest.run(BtraceTest.java:17)
com.test.BtraceTest.main(BtraceTest.java:28)
参数： a: 7 b: 6
花费时间： 190.881ms
com.test.BtraceTest.add(BtraceTest.java:11)
com.test.BtraceTest.run(BtraceTest.java:17)
com.test.BtraceTest.main(BtraceTest.java:28)
executor count： 44
可以看到监控脚本已经生效，成功获取到了模拟程序的内部参数，以及执行时间等。此刻另一个终端的模拟程序还在正常运行，但内部其实已经被增强了。

如何退出监控脚本？

非常简单，执行ctrl+c命令，选择1退出即可：

参数： a: 9 b: 9
花费时间： 246.743ms
com.test.BtraceTest.add(BtraceTest.java:11)
com.test.BtraceTest.run(BtraceTest.java:17)
com.test.BtraceTest.main(BtraceTest.java:28)
参数： a: 3 b: 1
花费时间： 251.039ms
^CPlease enter your option:

1. exit
2. send an event
3. send a named event
4. flush console output

1
总结：
通过上面的例子，相信大家可以感受到btrace的强大，用其来排查正在运行的程序问题非常方便，感兴趣的朋友们可以自己试一试。

参考链接：
https://github.com/btraceio/btrace/wiki/BTrace-Annotations
https://yq.aliyun.com/articles/7569
https://www.jianshu.com/p/93e94b724476