JVMTI 实现统计Java类对象实例个数

本文内容

1.JVMTI与JNI

2.统计Java类对象实例的用途和意义

3.结合代码通过JVMTI实现对JVM堆中类对象实例个数的统计

前言

Java没有提供很直接优雅的方式让我们能够去轻易的去获取类对象的实例的数量,也许是出于性能的考虑,也许是这种事情本身没有显示出多大的价值,毕竟不那么常用。虽然没有提供直接的方式,但是间接的方式还是有的。我们可以借助JVMTI,JVMTI是 Java Virtual Machine Tool Interface 的缩写,也即Java虚拟机调试接口，可以认为这是设计者预留的后门,它的功能十分强大。虽然Java的调试功能不一定都是直接使用JVMTI来实现,但是却可以使用JVMTI来实现相应的调试功能。

相比于JVMTI,JDI也是实现Java调试的一种实现。不过它是一种更高级的被封装的接口,它和JVMTI的区别在于JDI可以完全使用Java语言来实现自己的调试工具。基于JNI的JVMTI就显得更底层一点,对细节的把控能力更强。JDK安装目录下的 lib\tools.jar文件中包含了JDI的实现,基于JNI的JVMTI的接口调用则需要使用c/c++代码来控制。如果把调试比作割麦子,那么使用JDI的话可以认为是用机器割麦子,使用JVMTI的话就是手工用镰刀割麦子。那么显而易见,手工控制虽然耗时,但是灵活性更高,控制性更强,什么样的田都可以割。机器的话虽然快,但是它的适用场景有限。

JNI 是 Java Native Interface的缩写。它是Java接口与本地接口之间的桥梁,能够实现Java代码与本地其它语言(一般是c/c++)实现的代码进行交互,只需要保证两者按照约定的规范调用即可。在java中使用 native 关键字的修饰的方法被标记为本地方法,方法签名使用java语言声明,方法体逻辑一般由c/c++实现,c/c++编译后的本地方法以dll文件的形式存在。在Java中使用 System.load或者System.loadLibrary 载入dll的路径以完成java对c++的调用,而c++对java的调用则是根据 jvm提供的 JNIEnv和JVMTIEnv环境指针来操作具体的API接口。

统计Java类对象实例个数能够帮助我们分析JVM运行中的类实例对内存的占用情况,如果碰到类似内存溢出或者内存泄漏的异常,可以找到是哪些类引发的问题。实际上,JDK工具集中的 jvisualvm.exe已经包含了堆转储的的功能,其中就包括对每个类的实例个数统计情况

但是从实际角度出发,我们还是有必要亲自动手实践一下,以助于灵活运用。下面我们编写例子程序来细化这个过程,使用Java使用JNI调用DLL统计出类的实例数量。

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一、使用Java编写测试类并生成头文件

1.定义了一个测试类JVMTIBinder,并实例化了该类的三个静态变量binder1,binder2,binder3,并定义了一个native接口followReferences,该接口包含一个Class类型参数,返回值类型为ClassInfo数组类型

ClassInfo对象中各字段含义分别为:

cls表示被虚拟机装载的Class实例；

count表示该Class实例对象的数量,也就是该Class被new过几次;

size表示该Class占用空间的大小;

objects 表示该Class实例对象的引用集合

那么上述followReferences方法的作用是传入一个Class参数。当Class参数值为空的时候,返回虚拟机中已装载的类的统计信息集合,当Class参数值不为空的时候,返回该Class的统计信息。

完整代码如下:

package com.suntown.jvmti;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class JVMTIBinder{
    static JVMTIBinder binder1 = new JVMTIBinder("a11");
    static JVMTIBinder binder2 = new JVMTIBinder("a22");
    static JVMTIBinder binder3 = new JVMTIBinder("a33");

    private String name;
    public JVMTIBinder(String a6) {
        this.name = a6;
    }

    public static class ClassInfo{
        public Class cls;
        public int count;
        public int size;
        public Object[] objects;
    }

    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException{
        ClassInfo[] cis = followReferences(JVMTIBinder.class);
        for(ClassInfo c : cis){
            System.out.println("classname=>"+c.cls.getName()+"\tcount=>" + c.count +"\tsize=>" + c.size+"\tobject.length=>"+c.objects.length);
            for(Object o : c.objects) {
                if (o instanceof JVMTIBinder) {
                    JVMTIBinder jo = (JVMTIBinder) o;
                    System.out.println(jo.name);
                }
            }
        }
    }

    public static native ClassInfo[] followReferences(Class cls);

    static{
        System.setProperty("printCapabilities","0");
        System.load("D:\\Users\\DELL\\source\\repos\\JVMTIBinder\\x64\\Release\\JVMTIBinder.dll");
    }
}

2.通过JDK工具javah生成native方法的头文件

定位到JVMTIBinder类生成路径,使用 javah -jni com.suntown.jvmti.JVMTIBinder命令生成

对应的头文件