【IT168 技術(shù)文檔】
調(diào)試器和分析器可以提供對(duì)應(yīng)用程序的行為的深入觀察，但在出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題之前，這些工具通常用不上。將監(jiān)視掛鉤（hook）構(gòu)建到應(yīng)用程序內(nèi)，會(huì)使理解程序
的執(zhí)行變得更容易而且不會(huì)破壞調(diào)試器。既然 Java 管理擴(kuò)展（JMX）已經(jīng)構(gòu)建進(jìn)了 Java SE 平臺(tái)，而且 jconsole
查看器提供了統(tǒng)一的監(jiān)視 GUI，那么用 JMX 為應(yīng)用程序提供一個(gè)窗口，要比以前更加容易而且更為有效。
有多少次您曾經(jīng)注視著運(yùn)行中的應(yīng)用程序，問(wèn)自己：“它到底在做什么？為什么用了這么長(zhǎng)時(shí)間呢？” 在這些時(shí)刻，您可能會(huì)想如果自己在應(yīng)用程序中構(gòu)建了更多的監(jiān)視功能就好了。例如，在服務(wù)器應(yīng)用程序中，能夠查看排隊(duì)等候處理的任務(wù)的數(shù)量和類(lèi)型、當(dāng)前正在處理的任務(wù)、過(guò)去一分鐘或一小時(shí)內(nèi)的吞吐量統(tǒng)計(jì)、平均任務(wù)處理時(shí)間等。這些統(tǒng)計(jì)值容易搜集，但是在需要數(shù)據(jù)的時(shí)候，如果沒(méi)有非侵入性的數(shù)據(jù)檢索機(jī)制，那么這些值就不太有用。
可以用許多方式導(dǎo)出操作性數(shù)據(jù)——可以把周期性統(tǒng)計(jì)快照寫(xiě)入日志文件、創(chuàng)建 Swing GUI、使用內(nèi)嵌的 HTTP 服務(wù)器在 Web 頁(yè)面上顯示統(tǒng)計(jì)值或者發(fā)布可以用來(lái)查詢應(yīng)用程序的 Web 服務(wù)。但是在缺少監(jiān)視和數(shù)據(jù)發(fā)布基礎(chǔ)設(shè)施的情況下，多數(shù)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員都做不到這些，因此造成對(duì)應(yīng)用程序工作情況的了解要比預(yù)期的少很多。
JMX
在 Java 5.0 中，類(lèi)庫(kù)和和 JVM 提供了一種全面的管理和監(jiān)視基礎(chǔ)設(shè)施——JMX。JMX
是一種用來(lái)提供可以遠(yuǎn)程訪問(wèn)的管理接口的標(biāo)準(zhǔn)措施，也是一種向應(yīng)用程序添加靈活且強(qiáng)大的管理接口的簡(jiǎn)易方式。被稱(chēng)作受管 bean（MBean）的
JMX 組件，是提供與實(shí)體的管理有關(guān)的訪問(wèn)器和業(yè)務(wù)方法的 JavaBean。每個(gè)受管的實(shí)體（可能是整個(gè)應(yīng)用程序或應(yīng)用程序中的服務(wù)）實(shí)例化一個(gè)
MBean 并用可讀懂的名稱(chēng)注冊(cè)它。支持 JMX 的應(yīng)用程序依賴(lài)于 MBeanServer，它充當(dāng) MBean
的容器，提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)、命名空間管理和安全服務(wù)。在客戶端，jconsole 工具可以充當(dāng)統(tǒng)一的 JMX 客戶機(jī)。結(jié)合兩者，對(duì) JMX
的平臺(tái)支持極大地降低了使應(yīng)用程序支持外部管理接口所需的工作和努力。
除了提供 MBeanServer 實(shí)現(xiàn)，Java SE 5.0 還提供 JVM 以更方便地了解內(nèi)存管
理、類(lèi)裝入、活動(dòng)線程、日志和平臺(tái)配置的狀態(tài)。多數(shù)平臺(tái)服務(wù)的監(jiān)視和管理在默認(rèn)情況下都是開(kāi)啟的（性能影響最小），所以只需要連接應(yīng)用程序與 JMX
客戶機(jī)即可。圖 1 給出了 jconsole JMX 客戶機(jī)（JDK 的一部分）
，它顯示了其中一個(gè)內(nèi)存管理視圖——一段時(shí)間內(nèi)的堆使用情況。Perform GC 按鈕則證明了 JMX 可以提供
除了查看操作統(tǒng)計(jì)值之外的初始化操作的功能。
圖 1. 用 jconsole 查看堆使用情況
傳輸和安全性
JMX 指定了在 MBeanServer 和 JMX 客戶之間通信所
使用的協(xié)議，協(xié)議可以在各種傳輸機(jī)制上運(yùn)行。可以使用針對(duì)本地連接的內(nèi)置傳輸，及通過(guò) RMI、socket 或 SSL 的遠(yuǎn)程傳輸（可以通過(guò)
JMX Connector API 創(chuàng)建新的傳輸）。認(rèn)證是由傳輸執(zhí)行的；本地傳輸允許用相同的用戶 ID 連接到運(yùn)行在本地系統(tǒng)上的
JVM；遠(yuǎn)程傳輸可以用口令或證書(shū)進(jìn)行認(rèn)證。本地傳輸在 Java 6 下默認(rèn)就是啟用的。要在 Java 5.0 下啟用它，需要在 JVM
啟動(dòng)時(shí)定義系統(tǒng)屬性 com.sun.management.jmxremote。“Monitoring and Management using
JMX” 這份文檔描述了啟用和配置傳輸?shù)呐渲貌襟E。
檢測(cè) Web 服務(wù)器
檢測(cè)應(yīng)用程序來(lái)使用 JMX 很容易。像其他許多遠(yuǎn)程調(diào)用框架（RMI、EJB 和 JAX-RPC）一樣，JMX
也是基于接口的。要?jiǎng)?chuàng)建管理服務(wù)，需要?jiǎng)?chuàng)建指定管理方法的 MBean 接口。然后可以創(chuàng)建一個(gè) MBean 來(lái)實(shí)現(xiàn)此接口、實(shí)例化它及把它注冊(cè)到
MBeanServer。
清單 1 顯示了網(wǎng)絡(luò)服
務(wù)（例如 Web 服務(wù)器）的 MBean 接口。它提供了檢索配置信息（例如端口號(hào)）和操作性信息（例如服務(wù)是否啟動(dòng)）的
getter。它還包含查看和修改可配置參數(shù)（例如當(dāng)前日志級(jí)別）的 getter 和 setter，還有調(diào)用管理操作（例如 start() 和
stop()）的方法。
清單 1. 某個(gè) Web 服務(wù)器的 MBean 接口
public interface WebServerMBean {
public int getPort();
public String getLogLevel();
public void setLogLevel(String level);
public boolean isStarted();
public void stop();
public void start();
} |
實(shí)現(xiàn) MBean 類(lèi)通常非常直接明了，因?yàn)?MBean
接口要反映現(xiàn)有實(shí)體或服務(wù)的屬性和管理操作。例如，MBean 中的 getLogLevel() 和 setLogLevel() 方法會(huì)直接轉(zhuǎn)給被
Web 服務(wù)器使用的 Logger 上的 getLevel() 和 setLevel() 方法。JMX 做了一些命名限制。例如，MBean
接口名稱(chēng)必須以 MBean 結(jié)尾，F(xiàn)ooMBean 接口的 MBean 類(lèi)必須叫作 Foo。（可以用更高級(jí)的 JMX 特性——?jiǎng)討B(tài) MBean
來(lái)去除這個(gè)限制。）把 MBean 注冊(cè)到默認(rèn)的 MBeanServer 也很容易，如清單 2 所示：
清單 2. 用內(nèi)置的 JMX 實(shí)現(xiàn)注冊(cè) MBean
public class WebServer implements WebServerMBean { ... }
...
WebServer ws = new WebServer(...);
MBeanServer server = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
server.registerMBean(ws, new ObjectName("myapp:type=webserver,name=Port 8080")); |
傳遞給 registerMBean() 的 ObjectName
標(biāo)識(shí)了受管實(shí)體。因?yàn)轭A(yù)見(jiàn)到指定應(yīng)用程序可能包含許多受管實(shí)體，所以名稱(chēng)包含域（清單 2 中的
“myapp”）和許多標(biāo)識(shí)域中的受管資源的鍵-值對(duì)。“name” 和 “type” 這兩個(gè)鍵是常用的，在使用的時(shí)候，name
應(yīng)當(dāng)在域中所有的同類(lèi) MBean 中能夠唯一地標(biāo)識(shí)受管實(shí)體。也可以指定其他鍵-值對(duì)，而且 JMX API 還包含進(jìn)行對(duì)象名稱(chēng)通配匹配的工具。
創(chuàng)建并注冊(cè)了 MBean 之后，立即就可以把 jconsole 指向應(yīng)用程序（在命令行輸入 jconsole）并在 “MBeans”
視圖中查看它的管理屬性和操作。圖 2 顯示了 jconsole 中針對(duì)新 MBean 的 Attributes 標(biāo)簽，圖 3 顯示了
Operations 標(biāo)簽。使用反射，JMX
可以指出哪個(gè)屬性是只讀的（Started、Port），哪個(gè)屬性是可讀寫(xiě)的（LogLevel），而且 jconsole
允許修改讀寫(xiě)屬性。如果讀寫(xiě)屬性的 setter 拋出異常（例如 IllegalArgumentException），JMX
就把異常報(bào)告給客戶機(jī)。
圖 2. jconsole 中 MBean 的 Attributes 標(biāo)簽
圖 3. jconsole 中 MBean 的 Operations 標(biāo)簽
數(shù)據(jù)類(lèi)型
MBean
中的訪問(wèn)器和操作能夠用任何其簽名形式的原語(yǔ)類(lèi)型，以及 String、Date 和其他標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)類(lèi)。也可以使用這些允許的類(lèi)型的數(shù)組和集合。MBean
方法也可以使用其他可以序列化的數(shù)據(jù)類(lèi)型，但是這樣做會(huì)造成互操作性問(wèn)題，因?yàn)轭?lèi)文件也必須對(duì) JMX 客戶機(jī)可用。（如果使用 RMI
傳輸，可以使用 RMI 的自動(dòng)類(lèi)下載特性完成這項(xiàng)任務(wù)。）如果想在管理接口中使用結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)類(lèi)型，還想避免與類(lèi)可用性相關(guān)的互操作性問(wèn)題，可以使用
JMX 的開(kāi)放 MBean 特性來(lái)表達(dá)復(fù)合或表格數(shù)據(jù)。
檢測(cè)服務(wù)器應(yīng)用程序
在創(chuàng)建管理接口時(shí)，某些參數(shù)和操作的特點(diǎn)很自然地就表明這些參數(shù)和數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)被包含在內(nèi)，例如配置參數(shù)、操作統(tǒng)計(jì)值、調(diào)試操作（例如修改日志級(jí)別或把應(yīng)用
程序狀態(tài)導(dǎo)出到文件）、生命周期操作（啟動(dòng)、停止）。檢測(cè)一個(gè)應(yīng)用程序，讓它支持對(duì)這些屬性和操作的訪問(wèn)，通常相當(dāng)容易。但是，要從 JMX
獲得最大價(jià)值，就要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮什么數(shù)據(jù)在運(yùn)行時(shí)對(duì)用戶和操作員有用。
如果用 JMX 了解服務(wù)器應(yīng)
用程序的工作情況，需要一種標(biāo)識(shí)和跟蹤工作單元的機(jī)制。如果使用標(biāo)準(zhǔn)的 Runnable 和 Callable
接口描述任務(wù)，通過(guò)讓任務(wù)類(lèi)自描述（例如實(shí)現(xiàn)toString() 方法），可以在任務(wù)生命周期內(nèi)跟蹤它們，并提供 MBean
方法來(lái)返回等候中、處理中和完成的任務(wù)列表。
清單 3 中的 TrackingThreadPool 演示的是
ThreadPoolExecutor 的一個(gè)子類(lèi)，它及時(shí)給出正在處理中的是哪些任務(wù)，以及已經(jīng)完成的任務(wù)的時(shí)間統(tǒng)計(jì)值。它通過(guò)覆蓋
beforeExecute() 和 afterExecute() 掛鉤，并提供能檢索所搜集數(shù)據(jù)的 getter，實(shí)現(xiàn)這些任務(wù)。
清單 3. 搜集處理中的任務(wù)和平均的任務(wù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)值的線程池類(lèi)
public class TrackingThreadPool extends ThreadPoolExecutor {
private final Map<Runnable, Boolean> inProgress
= new ConcurrentHashMap<Runnable,Boolean>();
private final ThreadLocal<Long> startTime = new ThreadLocal<Long>();
private long totalTime;
private int totalTasks;
public TrackingThreadPool(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime,
TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
}
protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
super.beforeExecute(t, r);
inProgress.put(r, Boolean.TRUE);
startTime.set(new Long(System.currentTimeMillis()));
}
protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
long time = System.currentTimeMillis() - startTime.get().longValue();
synchronized (this) {
totalTime += time;
++totalTasks;
}
inProgress.remove(r);
super.afterExecute(r, t);
}
public Set<Runnable> getInProgressTasks() {
return Collections.unmodifiableSet(inProgress.keySet());
}
public synchronized int getTotalTasks() {
return totalTasks;
}
public synchronized double getAverageTaskTime() {
return (totalTasks == 0) ? 0 : totalTime / totalTasks;
}
}
清單 4 中的 ThreadPoolStatusMBean 顯示了 TrackingThreadPool 的
MBean
接口，它提供了活動(dòng)任務(wù)、活動(dòng)線程、完成任務(wù)、等候任務(wù)的計(jì)數(shù)，還提供了當(dāng)前等候執(zhí)行和正在執(zhí)行的任務(wù)的列表。在管理接口中包含等候和執(zhí)行任務(wù)的列表，讓
您既可以看到應(yīng)用程序的工作難度，又可以看到它目前的工作內(nèi)容。這個(gè)特性不僅讓您可以洞察應(yīng)用程序的行為，還能洞察它正在操作的數(shù)據(jù)集的性質(zhì)。
清單 4. TrackingThreadPool 的 MBean 接口
public interface ThreadPoolStatusMBean {
public int getActiveThreads();
public int getActiveTasks();
public int getTotalTasks();
public int getQueuedTasks();
public double getAverageTaskTime();
public String[] getActiveTaskNames();
public String[] getQueuedTaskNames();
} |
如果任務(wù)的重量級(jí)足夠，那么甚至可以再進(jìn)一步，在每個(gè)任務(wù)提交時(shí)都為它注冊(cè)一個(gè) MBean （然后在任務(wù)完成時(shí)再取消注冊(cè)）。然后可以用管理接口查詢每個(gè)任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)、運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間，或者請(qǐng)求取消任務(wù)。
清單 5 中的 ThreadPoolStatus 實(shí)現(xiàn)了 ThreadPoolStatusMBean 接口，它提供了每個(gè)訪問(wèn)器的明顯實(shí)現(xiàn)。與
MBean 實(shí)現(xiàn)類(lèi)中的典型情況一樣，每個(gè)操作實(shí)現(xiàn)起來(lái)都很細(xì)碎，所以把實(shí)現(xiàn)委托給了底層受管對(duì)象。在這個(gè)示例中，JMX
代碼完全獨(dú)立于受管實(shí)體的代碼。TrackingThreadPool 對(duì)于 JMX
一無(wú)所知；通過(guò)為相關(guān)的屬性提供管理方法和訪問(wèn)器，它提供了自己的編程管理接口。 還可以選擇在實(shí)現(xiàn)類(lèi)中直接實(shí)現(xiàn)管理功能（讓
TrackingThreadPool 實(shí)現(xiàn) TrackingThreadPoolMBean 接口），或者單獨(dú)實(shí)現(xiàn)（如清單 4 和 5 所示）。
清單 5. TrackingThreadpool 的 MBean 實(shí)現(xiàn)
public class ThreadPoolStatus implements ThreadPoolStatusMBean {
private final TrackingThreadPool pool;
public ThreadPoolStatus(TrackingThreadPool pool) {
this.pool = pool;
}
public int getActiveThreads() {
return pool.getPoolSize();
}
public int getActiveTasks() {
return pool.getActiveCount();
}
public int getTotalTasks() {
return pool.getTotalTasks();
}
public int getQueuedTasks() {
return pool.getQueue().size();
}
public double getAverageTaskTime() {
return pool.getAverageTaskTime();
}
public String[] getActiveTaskNames() {
return toStringArray(pool.getInProgressTasks());
}
public String[] getQueuedTaskNames() {
return toStringArray(pool.getQueue());
}
private String[] toStringArray(Collection<Runnable> collection) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
for (Runnable r : collection)
list.add(r.toString());
return list.toArray(new String[0]);
}
}
為了演示這些類(lèi)如何提供對(duì)應(yīng)用程序操作的內(nèi)容的了解，請(qǐng)考慮這樣一個(gè) Web
搜尋應(yīng)用程序，它把工作分成兩類(lèi)任務(wù)：獲取遠(yuǎn)程頁(yè)面，對(duì)頁(yè)面進(jìn)行索引。每個(gè)任務(wù)分別用清單 6 所示的 FetchTask 或 IndexTask
描述。可以創(chuàng)建 ThreadPoolStatus MBean，提供處理這些任務(wù)所使用的線程池的管理接口，并把它用 JMX 注冊(cè)。
清單 6. Web 搜尋應(yīng)用程序中使用的 FetchTask 類(lèi)
public class FetchTask implements Runnable {
private final String name;
public FetchTask(String name) {
this.name = name;
}
public String toString() {
return "FetchTask: " + name;
}
public void run() { /* Fetch remote resource */ }
} |
當(dāng)此程序處理每個(gè)頁(yè)面時(shí)，可能還會(huì)對(duì)新任務(wù)進(jìn)行排隊(duì)以獲取這個(gè)頁(yè)面上鏈接的頁(yè)面，所以在指定時(shí)間內(nèi)，可能會(huì)既
有獲取任務(wù)又有尚未完成的索引任務(wù)。能夠正確地判斷正在處理哪個(gè)頁(yè)面，或者正在等候處理哪個(gè)頁(yè)面，不僅讓您可以理解應(yīng)用程序的性能特征，還可以理解應(yīng)用程
序所操作的數(shù)據(jù)的特征。
圖 4 顯示了正在處理 whitehouse.gov 站點(diǎn)的 Web
搜尋程序的快照。從圖中可以看到已經(jīng)獲取并索引了主頁(yè)，程序現(xiàn)在的工作是獲取和索引直接從該主頁(yè)鏈接出的頁(yè)面。單擊 Refresh
按鈕，可以對(duì)應(yīng)用程序的工作流程進(jìn)行取樣，它可以提供許多關(guān)于應(yīng)用程序工作情況的信息，卻不需引入大量日志或者在調(diào)試器中運(yùn)行應(yīng)用程序。
圖 4. Web 搜尋應(yīng)用程序中的活動(dòng)任務(wù)和排隊(duì)任務(wù)
結(jié)束語(yǔ)
結(jié)合平臺(tái)內(nèi)的 JMX 支持和 jconsole JMX
客戶機(jī)可以提供一種向應(yīng)用程序添加管理和監(jiān)視功能的輕松方式。即使是沒(méi)有具體管理需求的應(yīng)用程序，為它們構(gòu)建這些功能也會(huì)讓您對(duì)程序的運(yùn)行及其所處理的數(shù)
據(jù)的性質(zhì)獲得深入了解，而且不需太多的工作和努力。如果應(yīng)用程序?qū)С龉芾斫涌冢私涌谧屇梢圆榭此僮鞯膬?nèi)容，那么您就會(huì)更加了解它的運(yùn)行狀態(tài)——對(duì)它
是否按預(yù)期的方式工作也會(huì)更有信心——而不必求助于額外的工具（例如添加日志代碼或使用調(diào)試器或分析器）。