展开菜单
首页 精品内容 本月促销 装机必备 Windows PDF教程 macOS软件 IOS软件 Android AI 专题
全部分类

当前位置:

首页 > 编程开发 > Java平台调试体系的基本原理是什么?

Java平台调试体系的基本原理是什么?

一、原理分析(一)介绍JPDA(JavaPlatformDebuggerArchitecture)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)。Java程序都是运行在Java虚拟机上的,我们要调试Java程序,事实上就需要向Java虚拟机请求当前运行态的状态,并对虚拟机发出一定的指令,设置一些回调等等,那么Java的

    一、原理分析

    (一)介绍

    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)。

    Java 程序都是运行在 Java 虚拟机上的,我们要调试 Java 程序,事实上就需要向 Java 虚拟机请求当前运行态的状态,并对虚拟机发出一定的指令,设置一些回调等等,那么 Java 的调试体系,就是虚拟机的一整套用于调试的工具和接口。

    (二)IDEA和eclipse 调试原理为

    1:编辑器作为客户端和服务器程序通过暴露的监听端口建立socket连接

    2:IDE客户端将断点位置创建了断点事件通过 JDI 接口传给了 服务端(程序端)的 VM,VM 调用 suspend 将 VM 挂起

    3:VM 挂起之后将客户端需要获取的 VM 信息返回给客户端,返回之后 VM resume 恢复其运行状态

    4:客户端获取到 VM 返回的信息之后可以通过不同的方式进行展示

    (三)架构体系

    JPDA 定义了一个完整独立的体系,它由三个相对独立的层次共同组成,而且规定了它们三者之间的交互方式,或者说定义了它们通信的接口。

    这三个层次由低到高分别是 Java 虚拟机工具接口(JVMTI),Java 调试线协议(JDWP)以及 Java 调试接口(JDI)。

    这三个模块把调试过程分解成几个很自然的概念:调试者(debugger)和被调试者(debuggee),以及他们中间的通信器。

    被调试者运行于我们想调试的 Java 虚拟机之上,它可以通过 JVMTI 这个标准接口,监控当前虚拟机的信息;调试者定义了用户可使用的调试接口,通过这些接口,用户可以对被调试虚拟机发送调试命令,同时调试者接受并显示调试结果。

    在调试者和被调试着之间,调试命令和调试结果,都是通过 JDWP 的通讯协议传输的。所有的命令被封装成 JDWP 命令包,通过传输层发送给被调试者,被调试者接收到 JDWP 命令包后,解析这个命令并转化为 JVMTI 的调用,在被调试者上运行。

    类似的,JVMTI 的运行结果,被格式化成 JDWP 数据包,发送给调试者并返回给 JDI 调用。而调试器开发人员就是通过 JDI 得到数据,发出指令。

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    如上图所示JPDA 由三层组成:

    • JVM TI - Java VM 工具接口。定义 VM 提供的调试服务。

    • JDWP - Java 调试通信协议。定义被调试者和调试器进程之间的通信。

    • JDI - Java 调试接口。定义一个高级 Java 语言接口,工具开发人员可以轻松地使用它来编写远程调试器应用程序。

    通过 JPDA 这套接口,我们就可以开发自己的调试工具。通过这些 JPDA 提供的接口和协议,调试器开发人员就能根据特定开发者的需求,扩展定制 Java 调试应用程序。

    前面我们提到的 IDE 调试工具都是基于 JPDA 体系开发的,区别仅仅在于它们可能提供了不同的图形界面、具有一些不同的自定义功能。

    另外,我们要注意的是,JPDA 是一套标准,任何的 JDK 实现都必须完成这个标准,因此,通过 JPDA 开发出来的调试工具先天具有跨平台、不依赖虚拟机实现、JDK 版本无关等移植优点,因此大部分的调试工具都是基于这个体系的。

    二、远程调试实例

    【1】构建一个SpringBoot的WEB项目。当前所选择的SpringBoot版本是2.3.0.RELEASE。对应的tomcat版本是9.X。

    【2】打包该SpringBoot项目,开发应用程序端口为9999。将该程序部署到Linux服务器上,可以是JAR包方式也可以Docker的方式,远程调试和这个没有关系。

    【3】部署程序的代码参考如下,就是一个简单的请求处理打印输出信息

    /** 
     *   测试程序
     * @author zhangyu
     * @date 2022/2/17
    */
    @SpringBootApplication
    @RestController
    public class DebuggerApplication {
    
        public static void main(String[] args) {
            SpringApplication.run(DebuggerApplication.class, args);
        }
    
        @GetMapping("/test")
        public  String test(){
            System.out.println(111);
            System.out.println(222);
            return "OK";
        }
    
    }

    【4】部署程序启动参数如下

    java -Xdebug -Xrunjdwp:transport=dt_socket,server=y,suspend=n,address=8888 -jar debugger-0.0.1-SNAPSHOT.jar

    其中address=8888表示开启8888端口作为远程调试的Socket通信端口

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    如果是部署在tomcat下的普通web项目,参考如下:

    小于 tomcat9 版本

    tomcat 中 bin/catalina.sh 中增加 CATALINA_OPTS=‘-server -Xdebug -Xnoagent -Djava.compiler=NONE -Xrunjdwp:transport=dt_socket,server=y,suspend=n,address=18006’

    如下图所示:

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    大于等于 tomcat9 版本

    tomcat 中 bin/catalina.sh 中的 JPDA_ADDRESS=“localhost:8000” 这一句中的localhost修改为0.0.0.0(允许所有ip连接到8000端口,而不仅是本地)8000是端口,端口号可以任意修改成没有占用的即可

    如下图所示:

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    【5】测试部署的程序正常后,下面构建客户端远程调试,当前以IDEA工具作为客户端

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    参考:

    【1】-agentlib:jdwp=transport=dt_socket,server=y,suspend=n,address=8888

    【2】Host:远程服务器地址

    【3】Port:远程服务器开放的调试通信端口,非应用端口

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    测试接口:http://XXX:9999/test。注意本地代码需要和远程部署程序一致。

    通过上图可以看到客户端设置断点已经生效,其中在客户端执行了一个调试输出,这个是自定义输出的内容服务器程序并没有,在执行后右侧的服务器控制台日志输出了该信息,因此远程Debug是正常通信和处理的。

    (一)调试参数详解

    • -Xdebug:启用调试特性

    • -Xrunjdwp:在目标 VM 中加载 JDWP 实现。它通过传输和 JDWP 协议与独立的调试器应用程序通信。下面介绍一些特定的子选项

    从 Java V5 开始,您可以使用 -agentlib:jdwp 选项,而不是 -Xdebug 和 -Xrunjdwp。但如果连接到 V5 以前的 VM,只能选择 -Xdebug 和 -Xrunjdwp。下面简单描述 -Xrunjdwp 子选项。

    • -Djava.compiler=NONE: 禁止 JIT 编译器的加载

    • transport : 传输方式,有 socket 和 shared memory 两种,我们通常使用 socket(套接字)传输,但是在 Windows 平台上也可以使用shared memory(共享内存)传输。

    • server(y/n): VM 是否需要作为调试服务器执行

    • address: 调试服务器的端口号,客户端用来连接服务器的端口号

    • suspend(y/n):值是 y 或者 n,若为 y,启动时候自己程序的 VM 将会暂停(挂起),直到客户端进行连接,若为 n,自己程序的 VM 不会挂起

    三、JDI工具代码实践

    (一)JDI技术架构

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    (二)实践案例

    (1)被调试程序

    创建一个SpringBoot的WEB项目,提供一个简单的测试接口,并在测试方法中提供一些方法参数变量和局部变量作为后面的调试测试用。

    import org.springframework.boot.SpringApplication;
    import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
    import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
    
    @SpringBootApplication
    @RestController
    public class DebuggerApplication {
    
        public static void main(String[] args) {
            SpringApplication.run(DebuggerApplication.class, args);
        }
    
        @GetMapping("/test")
        public  String test(String name){
            System.out.println("进入方法");
            int var=100;
            System.out.println(name);
            System.out.println(var);
            System.out.println("方法结束");
            return "OK";
        }
    }

    项目启动配置参考,需要启用Debug配置

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    (2)自定义调试器代码

    开发调试器需要JNI工具支持,JDI操作的API工具在tools.jar中 ,需要在 CLASSPATH 中添加/lib/tools.jar

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    import com.sun.jdi.*;
    import com.sun.jdi.connect.AttachingConnector;
    import com.sun.jdi.connect.Connector;
    import com.sun.jdi.event.*;
    import com.sun.jdi.request.BreakpointRequest;
    import com.sun.jdi.request.EventRequest;
    import com.sun.jdi.request.EventRequestManager;
    import com.sun.tools.jdi.SocketAttachingConnector;
    
    import java.util.List;
    import java.util.Map;
    
    /**
     *  通过JNI工具测试Debug
     * @author zhangyu
     * @date 2022/2/20
    */
    public class TestDebugVirtualMachine {
    
    
        private static VirtualMachine vm;
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            //获取SocketAttachingConnector,连接其它JVM称之为附加(attach)操作
            VirtualMachineManager vmm = Bootstrap.virtualMachineManager();
            List connectors = vmm.attachingConnectors();
            SocketAttachingConnector sac = null;
            for(AttachingConnector ac : connectors) {
                if(ac instanceof SocketAttachingConnector) {
                    sac = (SocketAttachingConnector) ac;
                }
            }
            assert sac != null;
            //设置好主机地址,端口信息
            Map arguments = sac.defaultArguments();
            Connector.Argument hostArg = arguments.get("hostname");
            Connector.Argument portArg = arguments.get("port");
            hostArg.setValue("127.0.0.1");
            portArg.setValue(String.valueOf(8800));
            //进行连接
             vm = sac.attach(arguments);
            //相应的请求调用通过requestManager来完成
            EventRequestManager eventRequestManager = vm.eventRequestManager();
            //创建一个代码判断,因此需要获取相应的类,以及具体的断点位置,即相应的代码行。
            ClassType clazz = (ClassType) vm.classesByName("com.zy.debugger.DebuggerApplication").get(0);
            //设置断点代码位置
            Location location = clazz.locationsOfLine(22).get(0);
            //创建新断点并设置阻塞模式为线程阻塞,即只有当前线程被阻塞
            BreakpointRequest breakpointRequest = eventRequestManager.createBreakpointRequest(location);
            //设置阻塞并启动
            breakpointRequest.setSuspendPolicy(EventRequest.SUSPEND_EVENT_THREAD);
            breakpointRequest.enable();
            //获取vm的事件队列
            EventQueue eventQueue = vm.eventQueue();
            while(true) {
                //不断地读取事件并处理断点记录事件
                EventSet eventSet = eventQueue.remove();
                EventIterator eventIterator = eventSet.eventIterator();
                while(eventIterator.hasNext()) {
                    Event event = eventIterator.next();
                    execute(event);
                }
                //将相应线程resume,表示继续运行
                eventSet.resume();
            }
        }
    
        /**
         *  处理监听到事件
         * @author zhangyu
         * @date 2022/2/20
        */
        public static void execute(Event event) throws Exception {
            //获取的event为一个抽象的事件记录,可以通过类型判断转型为具体的事件,这里我们转型为BreakpointEvent,即断点记录,
            BreakpointEvent breakpointEvent = (BreakpointEvent) event;
            //并通过断点处的线程拿到线程帧,进而获取相应的变量信息,并打印记录。
            ThreadReference threadReference = breakpointEvent.thread();
            StackFrame stackFrame = threadReference.frame(0);
            List localVariables = stackFrame.visibleVariables();
            //输出当前线程栈帧保存的变量数据
            localVariables.forEach(t -> {
                Value value = stackFrame.getValue(t);
                System.out.println("local->" + value.type() + "," + value.getClass() + "," + value);
            });
        }
    
    }

    (3)代码分析

    【1】通过Bootstrap.virtualMachineManager();获取连接器,客户端即通过相应的connector进行连接,配置服务器程序ip地址和端口,连接后获取对应服务器的VM信息。

    【2】通过VirtualMachine获取类信息,通过遍历获取的类集合定位到目标debug的类文件上

    【3】对目标类代码特定位置设置并启用断点

    【4】记录断点信息,阻塞服务器线程,并根据对应事件获取相应的信息

    【5】执行event.resume释放断点,服务器程序继续运行

    (4)运行测试

    【1】启动服务器程序,即上面的SpringBoot的web项目。本地以debug方式启动调试器代码,待会在这个位置看看获取的信息,同时避免直接释放了断点。

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    【2】设置断点位置为DebuggerApplication类的第22行

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    【3】启动后测试该接口,可以发现服务器程序控制台打印了如下结果。第22行还没有执行。

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    【4】此时,在观察调试器程序。可以看到获取到了服务器程序栈帧的数据

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    【5】释放断点,服务器正常运行完本次请求处理流程

    Java平台调试体系的基本原理是什么?

    本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
    作者最新文章
    编程开发 Java
    相关文章 更多
    精品专题 更多
    装机必备

    正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

    Windows

    正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

    PDF教程

    正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

    macOS软件

    正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

    IOS软件

    正软商城iOS软件专区,精选适用于iPhone和iPad的办公、学习、影音、设计、效率及AI应用,提供功能介绍、适用设备、系统要求和正版获取方式等信息。

    AI

    正软商城AI软件专区,汇集AI写作、AI绘画、AI视频、AI办公、AI编程、AI翻译、智能客服和数据分析等人工智能工具,提供功能介绍、适用平台、收费方式及正版购买信息。

    Mac软件 更多
    Shapr3D macOS版
    Shapr3D macOS版

    Shapr3D是一款面向工业设计、机械工程、建筑概念和三维打印工作流的CAD软件。Mac版采用Parasolid建模内核,支持草图约束、实体建模、工程图、可视化渲染及常见CAD格式交换,并可通过账户在多台设备之间同步项目。

    REAPER macOS版
    REAPER macOS版

    REAPER是Cockos开发的数字音频工作站,提供多轨音频与MIDI录制、剪辑、处理、混音和母带制作工具。Mac版兼容Intel与Apple芯片,支持AU、VST、VST3、CLAP等插件格式,并提供高度可定制的工作流程。

    Ableton Live macOS版
    Ableton Live macOS版

    Ableton Live 是面向音乐制作人与现场表演者的数字音频工作站,提供编曲视图、独具特色的现场视图、音频录制、MIDI创作、实时变速、乐器及效果器。Mac版原生支持Apple芯片,并可连接音频接口、MIDI控制器和第三方插件。

    Adobe After Effects macOS版
    Adobe After Effects macOS版

    Adobe After Effects 是面向动态图形、影视特效与视频合成的专业创作软件。它提供关键帧动画、遮罩抠像、运动跟踪、三维空间、文字动画和表达式等工具,并可与 Premiere Pro、Photoshop、Illustrator

    Adobe Audition macOS版
    Adobe Audition macOS版

    Adobe Audition 是面向播客、影视后期、音乐制作及内容创作者的专业音频工作站,提供波形精修、多轨录制与混音、频谱编辑、降噪修复、响度匹配和效果处理工具,并可与 Adobe Premiere 协同完成视频声音制作。

    Adobe Bridge macOS版
    Adobe Bridge macOS版

    Adobe Bridge 是面向摄影师、设计师及内容团队的免费数字资产管理工具,可集中预览照片、视频和 Adobe 项目文件,并利用评级、标签、关键词、元数据、筛选与收藏集完成分类检索。它还支持批量重命名、格式导出、相机导入及 Camera

    Adobe Illustrator macOS版
    Adobe Illustrator macOS版

    Adobe Illustrator 是 Adobe 推出的专业矢量图形设计软件,适合在 Mac 上制作标志、图标、插画、包装、信息图及印刷版面。它以路径和锚点构建可无损缩放的图形,并提供钢笔、形状、文字、图像描摹、渐变、画板及生成式功能。

    Adobe InDesign macOS版
    Adobe InDesign macOS版

    Adobe InDesign 是面向印刷品与数字出版物的专业版面设计软件,可在 Mac 上制作书籍、杂志、宣传册、海报、报告及交互式文档。它提供精细的文字样式、网格、母版、长文档管理和印前输出能力。

    Adobe Lightroom Classic macOS版
    Adobe Lightroom Classic macOS版

    Adobe Lightroom Classic 是面向桌面摄影工作流的照片管理与后期处理软件,可将原始照片保存在本地硬盘,通过目录、关键词、评分和收藏夹高效整理图库,并提供 RAW 冲印、蒙版、镜头校正、批量同步及多格式导出等功能。

    Adobe Media Encoder macOS版
    Adobe Media Encoder macOS版

    Adobe Media Encoder 是 Adobe 推出的专业音视频编码与转码工具,可通过队列、预设和监视文件夹批量完成格式转换、代理文件创建及多平台成片输出,并与 Premiere Pro、After Effects 等软件紧密协作。

    Adobe Photoshop macOS版
    Adobe Photoshop macOS版

    Adobe Photoshop 是面向摄影师、设计师和内容创作者的专业图像处理软件,提供图层、蒙版、选区、修复、调色、文字排版、智能对象及生成式编辑等能力。Mac 版支持 Intel 与 Apple Silicon 处理器。

    Adobe Premiere Pro macOS版
    Adobe Premiere Pro macOS版

    Adobe Premiere Pro 是面向专业视频制作的非线性剪辑软件,提供多轨时间线、调色、音频处理、字幕、代理工作流和多格式输出能力,并可与 After Effects、Audition、Photoshop 及 Frame.io 协同

    WINDOWS 更多
    3dmax(3ds max)
    3dmax(3ds max)

    Autodesk 3ds Max 是一款专业的三维建模、动画与渲染软件,广泛应用于建筑可视化、游戏开发、影视动画、广告设计和产品展示等领域。

    photoshop
    photoshop

    Photoshop 2026 是 Adobe 推出的专业图像处理与视觉设计软件,支持 Windows、macOS 和 iPad 等平台,广泛应用于摄影修图、电商设计、平面海报、数字绘画及视觉合成等创作场景。

    Blender
    Blender

    Blender 是一款免费开源、跨平台的专业 3D 创作软件,集建模、动画、渲染、视频编辑与视觉合成等功能于一体,广泛应用于影视动画、游戏设计和建筑可视化等领域。软件支持 Cycles 物理渲染器与 Eevee 实时渲染引擎,并提供多边形建模、骨骼绑定、物理模拟等专业工具。Blender 兼容 Windows、macOS 和 Linux 系统,安装包轻巧、运行流畅,依托活跃的全球开发者社区持续更新,是从初学者到专业创作者都值得选择的正版 3D 创作工具。

    Windows 10
    Windows 10

    Windows 10 是一款微软推出的经典操作系统,拥有硬件兼容性与多任务处理能力。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起,适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

    极度公式
    极度公式

    极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

    密码键盘
    密码键盘

    密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

    思源笔记
    思源笔记

    思源笔记是一款本地笔记软件,提供所见即所得的编辑方式,为长文写作带来顺滑的体验。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

    傲梅轻松备份
    傲梅轻松备份

    傲梅轻松备份是一款专业易用的数据备份软件,为重要数据提供安全保障。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

    Office 365 简体中文
    Office 365 简体中文

    一款文字处理软件,一种订阅式的跨平台办公软件,基于云平台提供多种服务,通过将 Excel 和 Outlook 等应用与 OneDrive 和 Microsoft Teams 等强大的云服务相结合,Office 365 可让任何人使用任何设备随时随地创建和共享内容。

    Mac
    Wise Folder Hider Pro
    Wise Folder Hider Pro

    Wise Folder Hider Pro 是一款专业级文件和文件夹隐藏加密软件,为私密数据添加多重保护。高频操作更强调就近处理,浏览、整理和跨目录移动文件时,来回切换和重复点击都会少很多。

    WALTR PRO
    WALTR PRO

    WALTR是一款电脑至iOS文件传输转换工具,操作简单,快速实现文件识别与传送。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

    CodeExpander
    CodeExpander

    CodeExpander 是一款快捷短语输入增强工具,通过键入缩写自动展开为自定义文段,提升工作效率。任务管理和过程控制会更完整,持续下载、批量同步或需要稳定传输流程的场景会更适合它。