Java 虚拟机工具接口(Java Virtual Machine Tool Interface,JVMTI)提供了一种编程接口,答应软件开发人员创建软件代理以监视和控制 Java 编程语言应用程序。JVMTI 是 Java 2 Software Development Kit (SDK), Standard Edition, 版本 1.5.0 中的一种新增功能。它取代了 Java Virtual Machine Profiling Interface (JVMPI),从版本 1.1 起即作为 Java 2 SDK 的一种实验功能包括在内。在 JSR-163 中对 JVMTI 进行了有关说明。
本文阐述如何使用 JVMTI 创建 Java 应用程序的调试和分析工具。这种工具(也称作代理)在应用程序中发生事件时,能够使用该接口提供的功能对事件通知进行注册,并查询和控制该应用程序。这里提供了 JVMTI 的文档资料。JVMTI 代理对于调试和调优应用程序十分有用。它可以对应用程序的各个方面予以说明,如内存分配情况、CPU 利用情况及锁争夺情况。
尽管 JVMPI 现在仍处于实验阶段,很多 Java 技术开发人员已经在使用它了,而且已经把它应用到多种市场上提供的 Java 应用程序 Profiler。请注重,极力鼓励开发人员使用 JVMTI 而不使用 JVMPI。JVMPI 在不久的将来将被废止。
JVMTI 在多个方面改进了 JVMPI 的功能和性能。例如:
1) JVMTI 依靠于每个事件的回调。这比 JVMPI 设计使用需要编组和取消编组的事件结构更有效。
2)JVMTI 包含四倍于 JVMPI 的函数(包括用于获取关于变量、字段、方法和类的信息的更多函数)。有关 JVMTI 函数的完整索引,请参见函数索引页。
3)JVMTI 比 JVMPI 提供更多类型的事件通知,包括异常事件、字段访问和修改事件、断点和单步骤事件等。
有些从未被充分利用的 JVMPI 事件,如 Arena 的 new 和 delete,或者通过字节码工具很轻易就能获得的内容,或者 JVMTI 函数本身(如 heap dump 和 object allocation)往往被 丢掉。 对这些事件的描述位于事件索引页。
JVMTI 是基于功能的,而 JVMPI 对于相应性能影响却是“要么全有,要么全无”。
JVMPI 堆功能不可伸缩。
JVMPI 没有错误返回信息。
JVMPI 在 VM 实现方面具有很强的侵入性,轻易导致维护问题和性能受损。
JVMPI 是个实验产品,不久将废止。
在本文的以下部分,我们介绍一个简单代理,它使用 JVMTI 函数从 Java 应用程序提取信息。 代理的编写必须使用本地代码。这里给出的示例代理是使用 C 语言编写的。您可以于此下载完整的示例代理代码。下面几段介绍如何初始化一个代理,以及代理如何使用 JVMTI 函数提取关于 Java 应用程序的信息,以及如何编译和运行代理。此示例代码和编译步骤特定于 UNIX 环境,但是经过修改后也可用于 Windows。这里介绍的代理可用于在任何 Java 应用程序中分析线程和确定 JVM 内存使用情况。
这里包含一个用 Java 语言编写的简单程序,称作 SimpleThread.java,并可从这里下载。我们使用 ThreadSample.java 演示此代理的预期输出。
JVMTI 的功能很多,在此无法详述;但本文中的代码可以提供一个出发点,让您去开发符合自己特定需求的分析工具。
代理初始化
本节介绍用于初始化代理的代码。首先,代理必须包括 jvmti.h 文件,语句为 #include <jvmti.h>。
另外,代理必须包含一个名为 Agent_OnLoad 的函数,加载库时要调用这一函数。Agent_OnLoad 函数用于在初始化 Java virtual machine (JVM) 之前设置所需的功能。Agent_OnLoad 签名如下所示:
JNIEXPORT jint JNICALL Agent_OnLoad(JavaVM *jvm, char *options, void *reserved) {
...
/* We return JNI_OK to signify sUCcess */
return JNI_OK;
}
在我们的示例代码中,我们必须为将要使用的 JVMTI 函数和事件启用多种功能。一般情况下均需(在某些情况下必须)将这些功能添加到 Agent_OnLoad 函数中。有关每种函数或事件所需的功能的说明,参见 Java 虚拟机工具接口页。例如,要使用 InterruptThread 函数,can_signal_thread 功能必须为 true。我们把示例所需的全部功能都设置为 true,然后使用 AddCapabilities 函数将它们添加到 JVMTI 环境中:
static jvmtiEnv *jvmti = NULL;
static jvmtiCapabilities capa;
jvmtiError error;
...
(void)memset(&capa, 0, sizeof(jvmtiCapabilities));
capa.can_signal_thread = 1;
capa.can_get_owned_monitor_info = 1;
capa.can_generate_method_entry_events = 1;
capa.can_generate_exception_events = 1;
capa.can_generate_vm_object_alloc_events = 1;
capa.can_tag_objects = 1;
error = (*jvmti)->AddCapabilities(jvmti, &capa);
check_jvmti_error(jvmti, error, "Unable to get necessary JVMTI capabilities.");
...
此外,Agent_OnLoad 函数通常用于注册事件通知。在此示例中,我们在使用 SetEventNotificationMode 函数的 Agent_OnLoad 中启用了多个事件,如 VM Initialization Event、VM Death Event 和 VM Object Allocation, 如下所示: