深入Java调试体系，第2部分: JVMTI和Agent实现

深入Java调试体系，第2部分: JVMTI和Agent实现2011-02-14 IBM 吕晶邱小侠JPDA（Java Platform Debugger Architecture）是 Java 平台调试体系结构的缩写。通过 JPDA 提供的 API，开发人员可以方便灵活的搭建 Java 调试应用程序。 JPDA 主要由三个部分组成：Java 虚拟机工具接口（JVMTI）、Java 调试线协议（JDWP），以及 Java 调试接口（JDI）。本系列将会详细介绍这三个模块的内部细节，并通过实例为读者揭开 JPDA 的面纱。

本系列的第 1 部分从整体上介绍 JPDA 的各个组成，以及它们彼此之间的内在关联。本文是该系列的第 2 篇，将会着重介绍强大的虚拟机接口 - JVMTI，以及如何使用 JVMTI 编写用户自定义的 Java 调试和诊断程序。

Java 程序的诊断和调试

开发人员对 Java 程序的诊断和调试有许多不同种类、不同层次的需求，这就使得开发人员需要使用不同的工具来解决问题。比如，在 Java 程序运行的过程中，程序员希望掌握它总体的运行状况，这个时候程序员可以直接使用 JDK 提供的 jconsole 程序。如果希望提高程序的执行效率，开发人员可以使用各种 Java Profiler。这种类型的工具非常多，各有优点，能够帮助开发人员找到程序的瓶颈，从而提高程序的运行速度。开发人员还会遇到一些与内存相关的问题，比如内存占用过多，大量内存不能得到释放，甚至导致内存溢出错误（OutOfMemoryError）等等，这时可以把当前的内存输出到 Dump 文件，再使用堆分析器或者 Dump 文件分析器等工具进行研究，查看当前运行态堆（Heap）中存在的实例整体状况来诊断问题。所有这些工具都有一个共同的特点，就是最终他们都需要通过和虚拟机进行交互，来发现 Java 程序运行的问题。

已有的这些工具虽然强大易用，但是在一些高级的应用环境中，开发者常常会有一些特殊的需求，这个时候就需要定制工具来达成目标。 JDK 本身定义了目标明确并功能完善的 API 来与虚拟机直接交互，而且这些 API 能很方便的进行扩展，从而满足开发者各式的需求。在本文中，将比较详细地介绍 JVMTI，以及如何使用 JVMTI 编写一个定制的 Agent 。

Agent
Agent 即 JVMTI 的客户端，它和执行 Java 程序的虚拟机运行在同一个进程上，因此通常他们的实现都很紧凑，他们通常由另一个独立的进程控制，充当这个独立进程和当前虚拟机之间的中介，通过调用 JVMTI 提供的接口和虚拟机交互，负责获取并返回当前虚拟机的状态或者转发控制命令。

JVMTI 的简介

JVMTI（JVM Tool Interface）是 Java 虚拟机所提供的 native 编程接口，是 JVMPI（Java Virtual Machine Profiler Interface）和 JVMDI（Java Virtual Machine Debug Interface）的更新版本。从这个 API 的发展历史轨迹中我们就可以知道，JVMTI 提供了可用于 debug 和 profiler 的接口；同时，在 Java 5/6 中，虚拟机接口也增加了监听（Monitoring），线程分析（Thread analysis）以及覆盖率分析（Coverage Analysis）等功能。正是由于 JVMTI 的强大功能，它是实现 Java 调试器，以及其它 Java 运行态测试与分析工具的基础。

JVMTI 并不一定在所有的 Java 虚拟机上都有实现，不同的虚拟机的实现也不尽相同。不过在一些主流的虚拟机中，比如 Sun 和 IBM，以及一些开源的如 Apache Harmony DRLVM 中，都提供了标准 JVMTI 实现。

JVMTI 是一套本地代码接口，因此使用 JVMTI 需要我们与 C/C++ 以及 JNI 打交道。事实上，开发时一般采用建立一个 Agent 的方式来使用 JVMTI，它使用 JVMTI 函数，设置一些回调函数，并从 Java 虚拟机中得到当前的运行态信息，并作出自己的判断，最后还可能操作虚拟机的运行态。把 Agent 编译成一个动态链接库之后，我们就可以在 Java 程序启动的时候来加载它（启动加载模式），也可以在 Java 5 之后使用运行时加载（活动加载模式）。

-agentlib:agent-lib-name=options

-agentpath:path-to-agent=options

Agent 的工作过程

启动

Agent 是在 Java 虚拟机启动之时加载的，这个加载处于虚拟机初始化的早期，在这个时间点上：

所有的 Java 类都未被初始化；

所有的对象实例都未被创建；

因而，没有任何 Java 代码被执行；

但在这个时候，我们已经可以：

操作 JVMTI 的 Capability 参数；