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Arthas自定义-观测方法内的局部变量！

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一、为什么要做这个呢?

  • 符合Debug的习惯，查看方法内的局部变量是理所当然的想法
  • 协助快速定位排查问题，若通过加日志观测的话自由度会更大，但retransform会比较麻烦，而且往往随着排查深入，可能要加多个地方
  • 在Arthas的isuues里边也有一些小伙伴提到这个，需求有其合理性

二、技术上是否可行？

  • 编译后的class文件中存有局部变量的信息
  • 代码增强使用的插桩技术，理论上是可以收集到方法中的局部变量
  • Arthas使用的 bytekit 库，已经有相关的支持

三、实现思路

1.新的命令 line and Why?

  • 我们最常用的观测命令是watch,但是watch的对象是method,而我们观测local variables的时候,用行来作为定位点是比较合适的(因为同一个变量会被多次重复赋值)，两者的回调监听的粒度是不一致的
  • 独立一个命令也能降低对旧命令的影响，也能降低实现的复杂度

2.定位方式提供 LineNumber 和 LineCode 两种

a.为什么会需要使用到LineCode？

主要是kotlin编译后的字节码跟源码相差甚远，如下：

I.kotlin源码:

/*56*/    fun index(): JSONObject {
/*57*/        listOf(1,2,3,4,5,6).map {
/*58*/            listOf("a","b","c","d","e","f").map {
/*59*/                listOf(true,false,true,false,false).map {
/*60*/                    println(it)
/*61*/                    if (true) return JSONObject()
/*62*/                }
/*63*/            }
/*64*/        }
/*65*/        return ResponseBuilder().ok().data("Hello World!").build()
/*66*/    }

II.反编译:

       public final JSONObject index() {
           void var3_3;
           void $receiver$iv$iv;
           Iterable $receiver$iv;
/*57*/     Iterable iterable = $receiver$iv = (Iterable)CollectionsKt.listOf(1, 2, 3, 4, 5, 6);
           Collection destination$iv$iv = new ArrayList(CollectionsKt.collectionSizeOrDefault($receiver$iv, 10));
/*83*/     for (Object item$iv$iv : $receiver$iv$iv) {
               void $receiver$iv$iv2;
               Iterable $receiver$iv2;
               int n = ((Number)item$iv$iv).intValue();
               Collection collection = destination$iv$iv;
               boolean bl = false;
/*58*/         Iterable iterable2 = $receiver$iv2 = (Iterable)CollectionsKt.listOf("a", "b", "c", "d", "e", "f");
               Collection destination$iv$iv2 = new ArrayList(CollectionsKt.collectionSizeOrDefault($receiver$iv2, 10));
/*86*/         for (Object item$iv$iv2 : $receiver$iv$iv2) {
                   void $receiver$iv$iv3;
                   Iterable $receiver$iv3;
                   String string = (String)item$iv$iv2;
                   Collection collection2 = destination$iv$iv2;
                   boolean bl2 = false;
/*59*/             Iterable iterable3 = $receiver$iv3 = (Iterable)CollectionsKt.listOf(true, false, true, false, false);
                   Collection destination$iv$iv3 = new ArrayList(CollectionsKt.collectionSizeOrDefault($receiver$iv3, 10));
                   Iterator iterator2 = $receiver$iv$iv3.iterator();
                   if (iterator2.hasNext()) {
                       void it;
                       void it2;
                       void it3;
                       Object item$iv$iv3 = iterator2.next();
                       boolean bl3 = (Boolean)item$iv$iv3;
                       Collection collection3 = destination$iv$iv3;
                       boolean bl4 = false;
/*60*/                 System.out.println((boolean)it3);
                       JSONObject jSONObject = new JSONObject();
                       return jSONObject;
                   }
/*91*/             List list = (List)destination$iv$iv3;
                   collection2.add(list);
               }
/*92*/         List list = (List)destination$iv$iv2;
               collection.add(list);
           }
/*93*/     List cfr_ignored_0 = (List)var3_3;
           return new ResponseBuilder().ok().data((Object)"Hello World!").build();
       }

IV.存在问题:

可见，反编译kotlin源码后,它的行号分布是乱序的,另外实践中还发现有重复行号的问题,而且反编译后与源代码大相径庭,也生成了很多的额外的零时变量,也有很多行是没有行号的,所以使用行号定位的话,是不够完善的,有些点无法进行定位!

V.解法：

如何能监听到所有本地变量的变化过程呢? -> 变量在何时会被改变呢? -> 赋值、作为方法参数被调用

基于此,通过筛选方法中的InsnNode,只保留 VarInsnNode 和 MethodInsnNode 作为备选插入点,然后生成类似如下的标记行并以此为变量监测的插入点。 格式: 行号 + LineCode + 指令(方法调用/变量赋值 )

/*61 */ (4076-1)->  
                  invoke-method:java/lang/Integer#valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
/*61 */ (4076-2)->  
                  invoke-method:java/lang/Integer#valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
/*61 */ (4076-3)->  
                  invoke-method:java/lang/Integer#valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
/*61 */ (4076-4)->  
                  invoke-method:java/lang/Integer#valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
/*61 */ (4076-5)->  
                  invoke-method:java/lang/Integer#valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
/*61 */ (4076-6)->  
                  invoke-method:java/lang/Integer#valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
/*61 */ (7a12-1)->  
                  invoke-method:kotlin/collections/CollectionsKt#listOf:([Ljava/lang/Object;)Ljava/util/List;
/*84 */ (17cc-1)->  
                  invoke-method:kotlin/collections/CollectionsKt#collectionSizeOrDefault:(Ljava/lang/Iterable;I)I
/*84 */ (ec06-1)->  
                  invoke-method:java/util/ArrayList#<init>:(I)V
/*85 */ (2795-1)->  
                  invoke-method:java/lang/Iterable#iterator:()Ljava/util/Iterator;
/*85 */ (b5c4-1)->  
                  invoke-method:java/util/Iterator#hasNext:()Z
/*85 */ (dce9-1)->  
                  invoke-method:java/util/Iterator#next:()Ljava/lang/Object;
/*86 */ (9699-1)->  
                  invoke-method:java/lang/Number#intValue:()I
/*86 */ (81f3-1)->  
                  assign-variable:it
/*62 */ (7a12-2)->  
                  invoke-method:kotlin/collections/CollectionsKt#listOf:([Ljava/lang/Object;)Ljava/util/List;
/*87 */ (17cc-2)->  
                  invoke-method:kotlin/collections/CollectionsKt#collectionSizeOrDefault:(Ljava/lang/Iterable;I)I
/*87 */ (ec06-2)->  
                  invoke-method:java/util/ArrayList#<init>:(I)V
/*88 */ (2795-2)->  
                  invoke-method:java/lang/Iterable#iterator:()Ljava/util/Iterator;
/*88 */ (b5c4-2)->  
                  invoke-method:java/util/Iterator#hasNext:()Z
/*88 */ (dce9-2)->  
                  invoke-method:java/util/Iterator#next:()Ljava/lang/Object;
/*89 */ (81f3-2)->  
                  assign-variable:it
/*63 */ (fe63-1)->  
                  invoke-method:java/lang/Boolean#valueOf:(Z)Ljava/lang/Boolean;
/*63 */ (fe63-2)->  
                  invoke-method:java/lang/Boolean#valueOf:(Z)Ljava/lang/Boolean;
/*63 */ (fe63-3)->  
                  invoke-method:java/lang/Boolean#valueOf:(Z)Ljava/lang/Boolean;
/*63 */ (fe63-4)->  
                  invoke-method:java/lang/Boolean#valueOf:(Z)Ljava/lang/Boolean;
/*63 */ (fe63-5)->  
                  invoke-method:java/lang/Boolean#valueOf:(Z)Ljava/lang/Boolean;
/*63 */ (7a12-3)->  
                  invoke-method:kotlin/collections/CollectionsKt#listOf:([Ljava/lang/Object;)Ljava/util/List;
/*90 */ (17cc-3)->  
                  invoke-method:kotlin/collections/CollectionsKt#collectionSizeOrDefault:(Ljava/lang/Iterable;I)I
/*90 */ (ec06-3)->  
                  invoke-method:java/util/ArrayList#<init>:(I)V
/*91 */ (2795-3)->  
                  invoke-method:java/lang/Iterable#iterator:()Ljava/util/Iterator;
/*91 */ (b5c4-3)->  
                  invoke-method:java/util/Iterator#hasNext:()Z
/*91 */ (dce9-3)->  
                  invoke-method:java/util/Iterator#next:()Ljava/lang/Object;
/*92 */ (e4e8-1)->  
                  invoke-method:java/lang/Boolean#booleanValue:()Z
/*92 */ (81f3-3)->  
                  assign-variable:it
/*64 */ (a406-1)->  
                  invoke-method:java/io/PrintStream#println:(Z)V
/*65 */ (7338-1)->  
                  invoke-method:com/alibaba/fastjson/JSONObject#<init>:()V
/*93 */ (088d-1)->  
                  invoke-method:java/util/Collection#add:(Ljava/lang/Object;)Z
/*94 */ (088d-2)->  
                  invoke-method:java/util/Collection#add:(Ljava/lang/Object;)Z
/*69 */ (f84c-1)->  
                  invoke-method:com/seewo/study/minder/common/util/ResponseBuilder#<init>:()V
/*69 */ (3252-1)->  
                  invoke-method:com/seewo/study/minder/common/util/ResponseBuilder#ok:()Lcom/seewo/study/minder/common/util/ResponseBuilder;
/*69 */ (06c3-1)->  
                  invoke-method:com/seewo/study/minder/common/util/ResponseBuilder#data:(Ljava/lang/Object;)Lcom/seewo/study/minder/common/util/ResponseBuilder;
/*69 */ (a260-1)->  
                  invoke-method:com/seewo/study/minder/common/util/ResponseBuilder#build:()Lcom/alibaba/fastjson/JSONObject;

如此便可以使用 LineCode 来进行更细层级的定位！

3.代码实现：

github.com/alibaba/art…

四、使用示例：

这边打包好的版本(arthas-bin.zip)

Tips：也可以自行拉分支代码进行打包

启动步骤参考： 下载上方的 arthas-bin.zip，解压后，java -jar arthas-boot.jar 即可，与正常版本一致。

假设有源码（部分）如下：

...
/*8*/   public class MathGame {
...
/*21*/      public void run() throws InterruptedException {
/*22*/          try {
/*23*/              int number = random.nextInt() / 10000;
/*24*/              List<Integer> primeFactors = primeFactors(number);
/*25*/              print(number, primeFactors);
/*26*/  
/*27*/          } catch (Exception e) {
/*28*/              System.out.println(String.format("illegalArgumentCount:%3d, ", illegalArgumentCount) + e.getMessage());
/*29*/          }
/*30*/      }
...
/*63*/  }

观测目标：查看MathGame#run方法中的 number 和 primeFactors 变量的值

使用LineNumber观测: （在第25行观测）

$ line demo.MathGame run 25 -x 2
Press Q or Ctrl+C to abort.
Affect(class count: 1 , method count: 1) cost in 17 ms, listenerId: 2
method=demo.MathGame.run line=25
ts=2024-06-21 09:57:34.452; result=@HashMap[
    @String[primeFactors]:@ArrayList[
        @Integer[2],
        @Integer[7],
        @Integer[7],
        @Integer[991],
    ],
    @String[number]:@Integer[97118],
]

查看方法的LineCode：（在 MathGame#print 执行前观测）

$ jad --lineCode demo.MathGame run
........
------------------------- lineCode location -------------------------
format： /*LineNumber*/ (LineCode)-> Instruction
/*23 */ (aacd-1)->  
                  invoke-method:java/util/Random#nextInt:()I
/*23 */ (5918-1)->  
                  assign-variable:e
/*24 */ (653f-1)->  
                  invoke-method:demo/MathGame#primeFactors:(I)Ljava/util/List;
/*24 */ (d961-1)->  
                  assign-variable:primeFactors
/*25 */ (416e-1)->  
                  invoke-method:demo/MathGame#print:(ILjava/util/List;)V
/*27 */ (5918-2)->  
                  assign-variable:e
/*28 */ (2455-1)->  
                  invoke-method:java/lang/StringBuilder#<init>:()V
/*28 */ (4076-1)->  
                  invoke-method:java/lang/Integer#valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
/*28 */ (b6e4-1)->  
                  invoke-method:java/lang/String#format:(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/String;
/*28 */ (850c-1)->  
                  invoke-method:java/lang/StringBuilder#append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
/*28 */ (a53d-1)->  
                  invoke-method:java/lang/Exception#getMessage:()Ljava/lang/String;
/*28 */ (850c-2)->  
                  invoke-method:java/lang/StringBuilder#append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
/*28 */ (f7bb-1)->  
                  invoke-method:java/lang/StringBuilder#toString:()Ljava/lang/String;
/*28 */ (2f1b-1)->  
                  invoke-method:java/io/PrintStream#println:(Ljava/lang/String;)V
Affect(row-cnt:1) cost in 103 ms.

使用LineCode观测: (LineCode=416e-1)

$ line demo.MathGame run 416e-1 -x 2
Press Q or Ctrl+C to abort.
Affect(class count: 1 , method count: 1) cost in 17 ms, listenerId: 2
method=demo.MathGame.run line=25
ts=2024-06-21 09:57:34.452; result=@HashMap[
    @String[primeFactors]:@ArrayList[
        @Integer[2],
        @Integer[7],
        @Integer[7],
        @Integer[991],
    ],
    @String[number]:@Integer[97118],
]

五、其它

  • line的使用方式跟watch比较类似，主要区别在于观察的维度，line增加了varMap，但没有 throwExp、returnObj，因为line的对象的是行！而watch的对象的是方法！
  • line的详细使用方式，可以参考PR里边line.md

有想法欢迎一起交流呀！

转载自:https://juejin.cn/post/7382892056501190656
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