作者：京东云开发者-京东保险 蒋信

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Debug 的时候，都遇到过手速太快，直接跳过了自己想调试的方法、代码的时候吧……

一旦跳过，可能就得重新执行一遍，准备数据、重新启动可能几分钟就过去了。

好在 IDE 们都很强大，还给你后悔的机会，可以直接删除某个 Stack Frame，直接返回到之前的状态，确切的说是返回到之前的某个 Stack Frame，从而实现让程序 “逆向运行”。

这个 Reset Frame 的能力，可不只是返回上一步，上 N 步也是可以的；选中你期望的那个帧，直接 Reset Frame/Drop Frame，可以直接回到调用栈上的某个栈帧，时间反转！

可惜这玩意也不是那么万能，毕竟是通过 stack pop 这种操作实现，实际上只是给调用栈栈顶的 N 个 frame pop 出来而已，还谈不上是真正的 “反向 DEBUG”。

相比之下， GDB 的 Reverse Debugging 就比较强大，真正的 “反向” DEBUG，逆向运行，实现回放。

所以吧在运行过程中，已经修改的数据，比如引用传递的方法参数、变量，一旦修改肯定回退不了，不然真的成时光机了。

这些乱七八糟的调试功能，都是基于 Java 内置的 Debug 体系来实现的。

JAVA DEBUG 体系

Java 提供了一个完整的 Debug 体系 JPDA(Java Platform Debugger Architecture)，这个 JPDA 架构体系由 3 部分组成：

1. JVM TI- Java VM Tool Interface

2. JDWP- Java Debug Wire Protocol

3. JDI- Java Debug Interface

如果结合 IDE 来看，那么一个完整的 Debug 功能看起来就是这个样子：

解释一下这个体系：

JVM TI 是一个 JVM 提供的一个调试接口，提供了一系列控制 JVM 行为的功能，比如分析、调试、监控、线程分析等等。也就是说，这个接口定义了一系列调试分析功能，而 JVM 实现了这个接口，从而提供调试能力。

不过吧，这个接口毕竟是 C++ 的，调用起来确实不方便，所以 Java 还提供了 JDI 这么个 Java 接口。

JDI 接口使用 JDWP 这个私有的应用层协议，通过 TCP 和目标 VM 的 JVMTI 接口进行交互。

也可以把简单这个 JDWP 协议理解为 JSF/Dubbo 协议；相当于 IDE 里通过 JDI 这个 SDK，使用 JDWP 协议调用远程 JVMTI 的 RPC 接口，来传输调试时的各种断点、查看操作。

可能有人会问，搞什么套壳！要什么 JDWP，我直接 JVMTI 调试不是更香，链路越短性能越高！

当然可以，比如 Arthas 里的部分功能，就直接使用了 JVMTI 接口，要什么 JDI！直接 JVMTI 干就完了。

开个玩笑，Arthas 毕竟不是 Debug 工具，人家根本就不用 JDI 接口。而且 JVMTI 的能力也不只是断点，它的功能非常多：

左边的功能类，提供了各种乱七八糟的功能，比如我们常用的添加一个断点：

jvmtiError
SetBreakpoint(jvmtiEnv* env,
            jmethodID method,
            jlocation location)

右边的事件类，可以简单的理解为回调；还是拿断点举例，如果我用上面的 SetBreakpoint 添加了一个断点，那么当执行到该位置时，就会触发这个事件:

void JNICALL
Breakpoint(jvmtiEnv *jvmti_env,
            JNIEnv* jni_env,
            jthread thread,
            jmethodID method,
            jlocation location)

远程调试与本地调试

/path/to/java -agentlib:jdwp=transport=dt_socket,address=127.0.0.1:53631,suspend=y,server=n -javaagent:/path/to/jetbrains/debugger-agent.jar ...

Map<String, Connector.Argument> env = connector.defaultArguments();
env.get("hostname").setValue(hostname);
env.get("port").setValue(port);

VirtualMachine vm = connector.attach(env);

瞅瞅， VirtualMachine 里的就这点方法，能力上比 JVMTI 还是差远了

List<ReferenceType> classesByName(String className);

List<ReferenceType> allClasses();

void redefineClasses(Map<? extends ReferenceType, byte[]> classToBytes);

List<ThreadReference> allThreads();

void suspend();

void resume();

List<ThreadGroupReference> topLevelThreadGroups();

EventQueue eventQueue();

EventRequestManager eventRequestManager();

VoidValue mirrorOfVoid();

Process process();

-agentlib 和 -javaagent

-javaagent:/path/to/jetbrains/debugger-agent.jar

Arthas 的玩法

VirtualMachine virtualMachine = VirtualMachine.attach(virtualMachineDescriptor);
virtualMachine.loadAgent(agentPath, agentArgs);

$ vmtool --action getInstances --className java.lang.String --limit 10
@String[][
    @String[com/taobao/arthas/core/shell/session/Session],
    @String[com.taobao.arthas.core.shell.session.Session],
    @String[com/taobao/arthas/core/shell/session/Session],
    @String[com/taobao/arthas/core/shell/session/Session],
    @String[com/taobao/arthas/core/shell/session/Session.class],
    @String[com/taobao/arthas/core/shell/session/Session.class],
    @String[com/taobao/arthas/core/shell/session/Session.class],
    @String[com/],
    @String[java/util/concurrent/ConcurrentHashMap$ValueIterator],
    @String[java/util/concurrent/locks/LockSupport],
]

#include <stdio.h>
#include <jni.h>
#include <jni_md.h>
#include <jvmti.h>
#include "arthas_VmTool.h" // under target/native/javah/

static jvmtiEnv *jvmti;

...

extern "C"
JNIEXPORT jobjectArray JNICALL
Java_arthas_VmTool_getInstances0(JNIEnv *env, jclass thisClass, jclass klass, jint limit) {
    jlong tag = getTag();
    limitCounter.init(limit);
    jvmtiError error = jvmti->IterateOverInstancesOfClass(klass, JVMTI_HEAP_OBJECT_EITHER,
                                               HeapObjectCallback, &tag);
    if (error) {
        printf("ERROR: JVMTI IterateOverInstancesOfClass failed!%u\n", error);
        return NULL;
    }

    jint count = 0;
    jobject *instances;
    error = jvmti->GetObjectsWithTags(1, &tag, &count, &instances, NULL);
    if (error) {
        printf("ERROR: JVMTI GetObjectsWithTags failed!%u\n", error);
        return NULL;
    }

    jobjectArray array = env->NewObjectArray(count, klass, NULL);
    //添加元素到数组
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        env->SetObjectArrayElement(array, i, instances[i]);
    }
    jvmti->Deallocate(reinterpret_cast<unsigned char *>(instances));
    return array;
}

总结

1. Debug 基于 JDPA 体系

1. IDE 直接接入 JDPA 体系中的 JDI 接口完成

2. JDI 通过 JDWP 协议，调用远程 VM 的 JVMTI 接口

3. JDWP 是通过 agentlib 加载的，agentlib 算是一个 native 的静态 “外挂” 接口

2. javaagent 是 JAVA 层面的 “外挂” 接口，用过 Instrumentation API（Java）实现各种功能，主要用于 APM、Profiler 工具

3. 如果你想，在 javaagent 里调用功能更丰富的 JVMTI 也不是不行。