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JVM源码分析之Attach机制实现完全解读

你假笨
java
3天前

Attach是什么

在讲这个之前,我们先来点大家都知道的东西,当我们感觉线程一直卡在某个地方,想知道卡在哪里,首先想到的是进行线程dump,而常用的命令是jstack ,我们就可以看到如下线程栈了

image.png

大家是否注意过上面圈起来的两个线程,”Attach Listener”和“Signal Dispatcher”,这两个线程是我们这次要讲的Attach机制的关键,先偷偷告诉各位,其实Attach Listener这个线程在jvm起来的时候可能并没有的,后面会细说。

那Attach机制是什么?说简单点就是jvm提供一种jvm进程间通信的能力,能让一个进程传命令给另外一个进程,并让它执行内部的一些操作,比如说我们为了让另外一个jvm进程把线程dump出来,那么我们跑了一个jstack的进程,然后传了个pid的参数,告诉它要哪个进程进行线程dump,既然是两个进程,那肯定涉及到进程间通信,以及传输协议的定义,比如要执行什么操作,传了什么参数等

Attach能做些什么

总结起来说,比如内存dump,线程dump,类信息统计(比如加载的类及大小以及实例个数等),动态加载agent(使用过btrace的应该不陌生),动态设置vm flag(但是并不是所有的flag都可以设置的,因为有些flag是在jvm启动过程中使用的,是一次性的),打印vm flag,获取系统属性等,这些对应的源码(AttachListener.cpp)如下

static AttachOperationFunctionInfo funcs[] = {
  { "agentProperties",  get_agent_properties },
  { "datadump",         data_dump },
  { "dumpheap",         dump_heap },
  { "load",             JvmtiExport::load_agent_library },
  { "properties",       get_system_properties },
  { "threaddump",       thread_dump },
  { "inspectheap",      heap_inspection },
  { "setflag",          set_flag },
  { "printflag",        print_flag },
  { "jcmd",             jcmd },
  { NULL,               NULL }
};

后面是命令对应的处理函数。

Attach在jvm里如何实现的

Attach Listener线程的创建

前面也提到了,jvm在启动过程中可能并没有启动Attach Listener这个线程,可以通过jvm参数来启动,代码 (Threads::create_vm)如下:

  if (!DisableAttachMechanism) {
    if (StartAttachListener || AttachListener::init_at_startup()) {
      AttachListener::init();
    }
  }
bool AttachListener::init_at_startup() {
  if (ReduceSignalUsage) {
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}

其中DisableAttachMechanism,StartAttachListener ,ReduceSignalUsage均默认是false(globals.hpp)

product(bool, DisableAttachMechanism, false,                              \
         "Disable mechanism that allows tools to Attach to this VM”)   
product(bool, StartAttachListener, false,                                 \
          "Always start Attach Listener at VM startup")  
product(bool, ReduceSignalUsage, false,                                   \
          "Reduce the use of OS signals in Java and/or the VM”)

因此AttachListener::init()并不会被执行,而Attach Listener线程正是在此方法里创建的

image.png

既然在启动的时候不会创建这个线程,那么我们在上面看到的那个线程是怎么创建的呢,这个就要关注另外一个线程“Signal Dispatcher”了,顾名思义是处理信号的,这个线程是在jvm启动的时候就会创建的,具体代码就不说了。

下面以jstack的实现来说明触发Attach这一机制进行的过程,jstack命令的实现其实是一个叫做JStack.java的类,查看jstack代码后会走到下面的方法里

image.png

请注意VirtualMachine.Attach(pid);这行代码,触发Attach pid的关键,如果是在linux下会走到下面的构造函数

image.png

这里要解释下代码了,首先看到调用了createAttachFile方法在目标进程的cwd目录下创建了一个文件/proc//cwd/.Attach_pid,这个在后面的信号处理过程中会取出来做判断(为了安全),另外我们知道在linux下线程是用进程实现的,在jvm启动过程中会创建很多线程,比如我们上面的信号线程,也就是会看到很多的pid(应该是LWP),那么如何找到这个信号处理线程呢,从上面实现来看是找到我们传进去的pid的父进程,然后给它的所有子进程都发送一个SIGQUIT信号,而jvm里除了信号线程,其他线程都设置了对此信号的屏蔽,因此收不到该信号,于是该信号就传给了“Signal Dispatcher”,在传完之后作轮询等待看目标进程是否创建了某个文件,AttachTimeout默认超时时间是5000ms,可通过设置系统变量sun.tools.Attach.AttachTimeout来指定,下面是Signal Dispatcher线程的entry实现

image.png

当信号是SIGBREAK(在jvm里做了#define,其实就是SIGQUIT)的时候,就会触发
AttachListener::is_init_trigger()的执行

image.png

一开始会判断当前进程目录下是否有个.Attach_pid文件(前面提到了),如果没有就会在/tmp下创建一个/tmp/.Attach_pid,当那个文件的uid和自己的uid是一致的情况下(为了安全)再调用init方法

image.png

此时水落石出了,看到创建了一个线程,并且取名为Attach Listener。再看看其子类LinuxAttachListener的init方法

image.png

看到其创建了一个监听套接字,并创建了一个文件/tmp/.java_pid,这个文件就是客户端之前一直在轮询等待的文件,随着这个文件的生成,意味着Attach的过程圆满结束了。

Attach listener接收请求

看看它的entry实现Attach_listener_thread_entry

image.png

从代码来看就是从队列里不断取AttachOperation,然后找到请求命令对应的方法进行执行,比如我们一开始说的jstack命令,找到 { “threaddump”, thread_dump }的映射关系,然后执行thread_dump方法

再来看看其要调用的AttachListener::dequeue(),

AttachOperation* AttachListener::dequeue() {
  JavaThread* thread = JavaThread::current();
  ThreadBlockInVM tbivm(thread);

  thread->set_suspend_equivalent();
  // cleared by handle_special_suspend_equivalent_condition() or
  // java_suspend_self() via check_and_wait_while_suspended()

  AttachOperation* op = LinuxAttachListener::dequeue();

  // were we externally suspended while we were waiting?
  thread->check_and_wait_while_suspended();

  return op;
}

最终调用的是LinuxAttachListener::dequeue(),

image.png

我们看到如果没有请求的话,会一直accept在那里,当来了请求,然后就会创建一个套接字,并读取数据,构建出LinuxAttachOperation返回并执行。

整个过程就这样了,从Attach线程创建到接收请求,处理请求。

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