一、Java平臺體系及應用場景

從1995年Sun Microsystems公司正式推出Java，到2006年時Sun公司將其開源，迄今為止已經有了20年的歷史。Java本身已不僅僅只是一門面向對象的編程語言，而是由一系列計算機軟件和規范形成的技術體系，這個技術體系提供了完整的跨平臺開發與部署的支持，實現“一次編寫、到處運行”的目的。Java已經廣泛的應用于嵌入式、移動終端、企業服務器、大型機等各種場合。

Sun官方所定義的Java技術體系包括如下幾個組成部分：

* Java程序設計語言

* 各種硬件平臺上的Java虛擬機

* Class文件格式

* 來自商業機構和開源社區的第三方Java類庫

 

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 圖：Java技術體系組件圖

Java Virtual Machine(JVM)是Java體系的基礎，負責解釋、編譯執行.class文件形式的字節碼，同時負責內存管理、熱點代碼檢測和運行時編譯優化。正是由于有了虛擬機的基礎，才使Java實現了“一次編寫、到處運行”。Java這20年的發展，其實更是虛擬機的發展過程。期間經歷了Sun、BEA公司各自開發的虛擬機，2009年之后，ORACLE將這兩家公司收購，并將這些虛擬機取長補短、合二為一。目前還是開源的虛擬機OpenJDK，可供愛好者學習研究用。

   JRE部分是支持Java程序運行的標準環境。JDK是JRE的超集，包含JRE的一切，再加上工具如編譯器、調試器等。

二、Java性能監控需求

對于一個企業的應用系統，大多數情況下，肯定是由多種編程語言開發的各種系統的集成。我們都非常關心系統的可用性、及時響應性、資源的消耗，比如CPU、內存、各種I/O、網路帶寬等消耗情況。對于這些問題的性能瓶頸點，我們一般可以歸納為外部服務（如第三方API）、資源讀寫、代碼異常。如果在發生這些問題時，能夠及時完整的抓拍記錄保留下來，那么對于我們解決問題將會提供充足的證據，解決問題會變的非常容易。

對于Java應用系統來說，JVM自身提供了相應的性能監控手段和工具，經常在出現問題后，比如內存泄漏或溢出時，我們會通過jmap命令導出堆的轉儲快照，利用相應的命令jhat或其他相應的第三方內存分析工具來分析對象的占用情況。

響應緩慢時，我們可能會用jstat監視命令、或jdk的可視化工具jconsole、visualvm來分析JVM的垃圾回收類型、回收頻率，來推測是否是垃圾回收導致的。有可能我們還要接著分析線程轉儲快照，通過jstack取出線程的棧快照，來分析是否有真死鎖、死循環導致的相應緩慢、資源負載高等情況。

當有問題出現時，許多開發人員可能都是比較盲目的用這些工具來試探性定位問題，而大多數情況下，這種試探會無功而返。因為這些分析工具主要是側重Java單方面的分析，比如該系統調用第三方API，如果第三方API有問題，是無法監控到的。還有像文件、DB資源的訪問也是是無法監控到的。

而且，只有對Java虛擬機機制較為熟悉的高級開發人員才能比較好的運用、理解這些工具，對于大多數普通Java開發人員來說，這些問題只會令他們束手無策。

像外部服務（如第三方API）、資源讀寫、代碼異常這些瓶頸點，需要通過代碼級別的監控才能直接、快速、有效的找到癥結所在。調用第三方API的耗時、資源訪問的耗時、代碼拋出的非預知異常，這些常見問題代碼監控完全能夠監控到，并能夠實時抓拍記錄，一旦有問題可以快速還原事故問題現場。通過代碼級別監控發現問題后，也可以在輔助利用虛擬機內置監控工具進行進一步的定位。

三、透視寶Java監控實現原理

圖：Java的執行模型

在Java的執行體系中，由.Java源碼文件編譯后的.class字節碼文件，可以理解為中間語言。

圖：透視寶Java監控實現原理

圖：透視寶Java監控實例運行圖

1、字節碼load至JVM時發生了什么

* 回調函數注冊完畢后，凡是當有任何的class文件即將被類加載器加載前，都 

  會執行回調函數transform，在此方法內實現的類改變操作。

* 實現的transform方法中，我們使用的是ASM字節碼操作框架，ASM從二進制

  形式的類文件中讀取、分析類的信息，然后修改改變類的行為。

* transform方法的基本代碼形式如下：

2、如何實際改變類行為

* 在依賴于ASM基礎之上，我們抽象出這樣的業務模型

* 常用的攔截探針

* 常用的運行時攔截處理器

* 支持的攔截定義過濾器規則

* 該業務模型對應的行為

定義攔截描述時，指定過濾攔截哪些類、哪些方法，然后，在這些行為的點上，可以埋入探針、處理器。重寫visitCode、visitInsn、visitMaxs分別實現方法進入、返回、異常的相關操作改寫。

四、透視寶Java監控部署流程

1、登錄云智慧透視寶官網：https://www.toushibao.com/ ，點擊頁面右上角導航的“免費試用”，正確填寫免費試用的申請信息后會彈出下面的對話框，同時激活郵件會自動發送到你的郵箱中，按照流程注冊帳號即可。

2、注冊成功后，登錄透視寶，點擊配置-應用，在配置頁面中下載安裝Smart Agent。安裝成功后，Smart Agent會根據系統配置自動獲取主機信息，大致兩分鐘后，您就可以在“主機→服務器”模塊中查看該服務器的CPU、內存、網卡、磁盤及進程等性能數據。

3、如果要監控應用運行時代碼、主機中服務和數據庫性能數據，您需要進一步安裝和配置Smart Agent提供的各種插件，這是因為Smart Agent實現了一種開放式的插件式結構，對每個運行時代碼、服務和數據庫的監控都是通過相應的插件來實現的。

Smart Agent在安裝完成后，加載過程中自動發現你的應用組件，如果沒有自動監測到Java環境，也可以手動添加Java Agent。如上圖所示，點擊“管理”入口，進入“插件管理”，點擊頁面下部的“添加服務”，選擇JavaAgent后，點擊“創建”。

創建完畢后，點擊“ON”。(該ON操作只是初始化用戶的信息，以便以后采集到的信息能夠正確的回傳給該用戶。)

以上都操作完后，在{smartagent的安裝路徑}/plugins，就會看到如下形式的

 

 在到{smartagent的安裝路徑}/plugins/JavaAgent_1442476463X1002x0/conf文件夾下，查看app.conf文件，看看該文件內的HostKey的值是否是如下類似的加密形式

 

以上情況，表明JavaAgent已經下載啟動初始化成功。

4、安裝JavaAgent至各種應用服務器上，如tomcat\jboss\weblogic。（該操作參考官網https://www.toushibao.com/即可）

5、只要啟動相應服務器，然后訪問您的應用url即可，該url對用的代碼執行情況即可呈現給您，一旦出現緩慢問題也一目了然。如下圖示意

五、透視寶Java代碼性能監控特點

在功能方面，透視寶無論是在Java，還是其他如.NET、PHP等主流語言的監控上，都包括：查看執行最慢的10個元素，包括元素執行次數、持續時長和占用時長百分比；查看HTTP請求參數，包括請求的響應狀態、鏈接頁面、具體的請求參數及返回結果；查看代碼執行堆棧的詳細樹狀信息，包括每個方法的計算時間、總耗時和被調用的次數，您能直接看到特殊標識的最慢方法；查看涉及SQL語句的總耗時排序，包括SQL執行總耗時、執行次數和具體的查詢語句；第三方API調用。

端到端性能監控示意圖

在性能方面，云智慧透視寶的JavaAgent代碼監控探針包，對用戶的性能影響到底有多大？從安裝包本身來看，它非常小，僅為1.5M。在不安裝Java探針包和安裝Java探針包，分別運行應用。經過測試對比，CPU使用率差值、內存消耗差值、TPS差值均在5%以內。