JConsole、VisualVM 依賴的 JMX 技術到底是什麼

風的姿態發表於2020-08-04
LVM

我是風箏，公眾號「古時的風箏」，一個兼具深度與廣度的程式設計師鼓勵師，一個本打算寫詩卻寫起了程式碼的田園碼農！
文章會收錄在 JavaNewBee 中，更有 Java 後端知識圖譜，從小白到大牛要走的路都在裡面。

如果你之前沒接觸過，一定會出現疑問三連擊，"這是個什麼玩意兒？幹嘛的？有啥用？"。

雖然可能不知道它，但是或多或少你肯定都接觸過。

比如你如果用 Spring Boot，那你用過 Spring Boot Actuator 吧，它就用到了 JMX 。比如你用過 JConsole 或者 VisualVM 吧，它們也用到了 JMX。

先上圖吧，利用 JMX 你可以做出這樣的 JVM 監控出來。

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是不是挺有意思的。

上面是我自己實現的介面，下圖是 JConsole 和 VisualVM 的介面。

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它們是如何用到了 JMX 呢，下面一步一步說。

什麼是 JMX

JMX 全稱為 Java Management Extensions，翻譯過來就是 Java 管理擴充套件，用來管理和監測 Java 程式。最常用到的就是對於 JVM 的監測和管理，比如 JVM 記憶體、CPU 使用率、執行緒數、垃圾收集情況等等。另外，還可以用作日誌級別的動態修改，比如 log4j 就支援 JMX 方式動態修改線上服務的日誌級別。最主要的還是被用來做各種監控工具，比如文章開頭提到的 Spring Boot Actuator、JConsole、VisualVM 等。

JMX 既是 Java 管理系統的一個標準，一個規範，也是一個介面，一個框架。有標準、有規範是為了讓開發者可以定製開發自己的擴充套件功能，而且作為一個框架來講，JDK 已經幫我們實現了常用的功能，尤其是對 JVM 的監控和管理。

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上圖是 JMX 架構的簡單示意圖，簡單理解就是管理系統通過 JMX 可以管理各種資源。

管理系統可以理解為管理客戶端，比如上面說的 JConsole、VisualVM ，還有 Metrics 這個非常知名的 Java 監控工具包，或者你自己通過 JMX 介面實現的客戶端等。
各種資源比如系統配置、JVM 指標等，或者你自己的專案中特定的資源等。

重點來了，JMX

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這個架構圖是把上面的架構示意圖展開了，下面從底向上簡單介紹一下。

MBean

JMX 是通過各種 MBean(Managed Bean) 傳遞訊息的，MBean 其實就是我們經常說的 Java Bean，只不過由於它比較特殊，所以稱之為 MBean。既然是個 Bean，裡面就是一些屬性和方法，外界就可以獲取被管理的資源的狀態和操縱MBean的行為。JMX 中共有四種型別的 MBean，分別是 Standard MBean, Dynamic MBean, Open MBean, Model MBean。JDK 提供的 MBean 主要在 java.lang.management 和 javax.management包裡面。可以進去看一看，進去就能看到好多似曾相識的身影，比如 Memory 相關的、Thread 相關的，這不就是我們在 VisualVM 上看到的內容嗎，沒錯，資料就是從這裡來的。

說實話，並不用太關心這幾種 MBean 的區別，但還是簡單介紹下。

Standard MBean 就是普通的 Java Bean 沒有區別，它也是 JMX 中最簡單、使用最多的一種。主要在java.lang.management包裡面。

Dynamic MBean 其實是一種妥協的產物，由於已經存在一些這種 MBean，而將其改造成標準 MBean 比較費力而且不切實際，所以就有了動態 MBean。Dynamic MBean 的介面在 javax.management.DynamicMBean這裡，裡面定義一些介面方法，比如動態獲取屬性、設定屬性等。

另外還有兩類 MBean：Open MBean 和 Model MBean，實際上它們也都是動態 MBean。

Open MBean 與其它動態 MBean 的唯一區別在於，前者對其公開介面的引數和返回值有所限制 —— 只能是基本型別或者 javax.management.openmbean包內的 ArrayType、CompositeType、TarbularType 等型別。這主要是考慮到管理系統的分佈，很可能遠端管理系統甚至 MBServer 層都不具有 MBean 介面中特殊的類。

MBeanServer

MBeanServer 是負責管理 MBean 的，一般一個 JVM 只有一個 MBeanServer，所有的 MBean 都要註冊到 MBeanServer 上，並通過 MBeanServer 對外提供服務。一般用 ManagementFactory.getPlatformMBeanServer()方法獲取當前 JVM 內的 MBeanServer。

介面卡和聯結器

寫好的 MBean 註冊到 MBeanServer 上之後，功能已經具備了。介面卡和聯結器就是將這些功能開放出來的方式。
比如 HTTP協議介面卡，就是將功能以 HTTP 協議開放出去，這樣我們就可以在瀏覽器使用了。但是 JDK 只是提供了介面卡的實現標準，並沒有具體的實現，比較常用的是 HtmlAdaptorServer，需要 jmxtools.jar 包的支援。

聯結器是各種客戶端最常用的，JDK 提供的預設聯結器是 RMI 聯結器，JConsole、VisualVM 都是使用它。

實現並使用一個 MBean

雖然 Java 提供了實現 MBean 的標準和規則，但平時我們幾乎不需要開發 MBean。絕大多數的開發者接觸到的也僅僅是使用 JDK 或者第三方定義好的 MBean，即便是第三方有實現 MBean，也是非常少的。我們知道的有 Tomcat 和 Spring Boot Actuator。

定義 MBean 介面 和實體類

// 介面
public interface UserMBean {

    String getName();

    String getPassword();

    String getPhone();

    void say();
}

public class User implements UserMBean {

    @Override
    public String getName() {
        return "風箏";
    }

    @Override
    public String getPassword() {
        return "密碼不可見";
    }

    @Override
    public String getPhone() {
        return "18900000000";
    }

    @Override
    public void say() {
        System.out.println("Hello JMX");
    }
}

實體類需要繼承 MBean 介面類，而介面類的命名規則是 「實體類名+MBean」,這是固定的規則。

將定義好的 MBean 註冊到 MBeanServer

public static void main(String[] args) throws Exception {
        MBeanServer server = ManagementFactory.getPlatformMBeanServer();
        ObjectName userName = new ObjectName("FengZheng:type=customer,name=customerUserBean");
        server.registerMBean(new User(), userName);
  
        try {
            //這個步驟很重要，註冊一個埠，繫結url後用於客戶端通過rmi方式連線JMXConnectorServer
            LocateRegistry.createRegistry(8999);
            //URL路徑的結尾可以隨意指定，但如果需要用Jconsole來進行連線，則必須使用jmxrmi
            JMXServiceURL url = new JMXServiceURL
                    ("service:jmx:rmi:///jndi/rmi://localhost:8999/jmxrmi");
            JMXConnectorServer jcs = JMXConnectorServerFactory.newJMXConnectorServer(url, null, server);
            System.out.println("begin rmi start");
            jcs.start();
            System.out.println("rmi start");
        } catch (RemoteException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        Thread.sleep(60 * 60 * 1000);
}

ManagementFactory.getPlatformMBeanServer()獲取當前 JVM 的 MBeanServer，ObjectName 是 MBean 的唯一標示，一個 MBeanServer 不能有重複。完整的格式「自定義名稱空間:type=自定義型別,name=自定義名稱」。當然你可以只宣告 type ，不宣告 name。

使用 JConsole 檢視

JConsole 是 JDK 自帶的工具，在${JAVA_HOME}的 bin 目錄下，啟動即可。啟動後在本地程式找到上一步啟動的 main 方法所在的程式。

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在 JConsole 上方有記憶體、執行緒、類等選項卡，點選最後一個 MBean，通過這個選項卡可以看到當前 JVM 所有已定義的 MBean。可以看到系統定義的 MBean ，以及剛剛我們定義的這個 MBean。

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點選屬性可以在右側檢視屬性值，並且在操作選單項下，可以看到我們定義的方法，並且可以呼叫。

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使用 RMI 方式連線

RMI 一般是用來連線遠端服務的，當然本地程式也可以。這也是實現連線遠端服務客戶端的第一步。我們在註冊 MBean 的時候，有沒有注意到註冊完成後，還有一大段程式碼，那段程式碼就是用來開啟 RMI 連線的，開啟 8999 埠作為 RMI 訪問埠，然後客戶端就可以用固定的連線串連線了。

連線串的格式 service:jmx:rmi:///jndi/rmi://host:port/jmxrmi

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException, Exception, NullPointerException {
        String jmxUrl = "service:jmx:rmi:///jndi/rmi://localhost:8999/jmxrmi";
        monitor(jmxUrl);
    }

    public static void monitor(String url) throws Exception{
        JMXServiceURL jmxServiceURL = new JMXServiceURL
                (url);
        JMXConnector jmxc = JMXConnectorFactory.connect(jmxServiceURL, null);

        MBeanServerConnection msc = jmxc.getMBeanServerConnection();
        String[] domains = msc.getDomains();
        for (String domain : domains) {
            System.out.println(domain);
        }
    }
}

首先根據連線串獲得一個 JMXServiceURL物件，之後通過JMXConnectorFactory.connect方法獲取 JMXConnector，再通過 getMBeanServerConnection拿到 MBeanServerConnection。之後就可以獲取所有的 MBean 了。其中 getDomains是獲取所有名稱空間的方法，也就是我們上面定義的 "FengZheng"，以及 JMImplementation、java.lang 等，我們在 JConsole 看到的就是這些。

做了一個 web 版的簡單監控

本來就是為了更多的瞭解 JMX，第一步就想把所有的 MBean 和屬性都展示出來，開始在控制檯輸出，但是效果不好，內容太多太長，不夠直觀，然後就加了個 web 端的樹形結構。然後做著做著突然發現，再稍微改改就能當個 web 版的簡易監控端用了。

此工具只在 hotspot JVM 8 環境下測試過。可支援檢視本地 JVM 和 遠端 JVM 實時監控。

前端採用 React 16 + Antd + Yarn ，後端 Spring Boot + Java 1.8。具體使用方式可以到 github 倉庫 README 頁面檢視。並且提供了一個線上預覽版本，文末有原始碼地址和線上版本的使用方式。

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支援本地 JVM 和遠端 JVM 連結。

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所有 MBean 的樹形展示以及屬性、操作的展示。

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JVM 執行情況實時展示

實現的功能有如下幾個方面：

  1. 所有 MBean 的展示；

  2. 系統資訊的展示，包括記憶體使用、CPU 使用率等等；

  3. JVM 引數，包括命令列引數和 systemProperties；

  4. CPU 、Heap、Metaspace、類載入、執行緒的實時折線圖；

  5. 垃圾收集器的種類和回收次數；

下面結合這幾部分，說一下 JMX 的使用方式。

MBean 的獲取

正如各種工具裡的 MBean 的樹形展示方式一樣， MBean 本身就是以這種層級關係存在的。

MBean 包含在 Domain 裡，Domain 相當於是一套獨立的空間，這個空間裡可以定義各種 type，各種 name 的 ObjectName。比如前一篇 JMX 文章裡自定義的那個。

通過 ObjectName 可以獲取到 MBean 的各種資訊，包括屬性、操作、通知。

有些屬性是簡單資料型別，比如 int、long、double、String 型別，另外有些是比較複雜的，比方說 com.sun.management:type=HotSpotDiagnostic 的屬性 DiagnosticOptions 就是 javax.management.openmbean.CompositeData 型別。還有的屬性的資料型別是 javax.management.openmbean.TabularData。這些都要單獨處理。

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常用的 MBean

有些指標是監控會用到的，比如記憶體、CPU、堆空間、執行緒、類載入情況相關的 MBean。

JDK 提供了一個 ManagementFactory，幫助我們方便的獲取常用的 MBean。可以到 java.lang.management 包下找到這個類看一下注釋和程式碼。

OperatingSystemMXBean

可以獲取作業系統相關的資訊，機器名稱、記憶體使用、CPU使用等資訊。

可通過 ManagementFactory.getOperatingSystemMXBean() 方式獲取。

RuntimeMXBean

可以獲取當前 JVM 的資訊，包括 JVM 引數和 JVM 相關的系統引數。

可以通過 ManagementFactory.getRuntimeMXBean()方式獲取。

MemoryMXBean

可以獲取當前 JVM 的記憶體使用，包括堆記憶體和非堆記憶體。

可以通過 ManagementFactory.getMemoryMXBean()獲取

ThreadMXBean

獲取 JVM 執行緒使用情況，包括活動執行緒、守護執行緒、執行緒峰值等。

可以通過 ManagementFactory.getThreadMXBean() 獲取。

ClassLoadingMXBean

獲取 JVM 類載入情況，包括已載入類、未載入類等。

可以通過 ManagementFactory.getClassLoadingMXBean() 獲取。

GarbageCollectorMXBean

獲取 JVM 垃圾收集器的情況，包括使用的哪種垃圾收集器以及回收次數等等。

可以通過 ManagementFactory.getGarbageCollectorMXBeans() 獲取，注意，這裡獲取到的是一個集合，因為垃圾收集器分為老年代和新生代兩個。

除了以上幾個常用的 MBean ，還有很多其他的。有些在 ManagementFactory 類裡已提供了，另外還有很多需要自己通過 ObjectName 獲取。

原始碼來了

發圖不發種，.......。 ，當然不能做那種事情了。

原始碼放到了 github 上，地址為 https://github.com/huzhicheng/little-flower， README 上有具體的使用方式。因為各個作業系統下的 JVM 也是不一樣的，windows、Mac、Linux 也是不能通用的，所以，沒有提供可用的 release jar 包。比如我開發用的 Mac 和體驗環境 Linux 系統就是不一樣的，需要單獨編譯。在使用的時候，需要下載原始碼，在本地編譯，然後執行。

有興趣的不妨試用一下，歡迎拍磚。

壯士且慢，先給點個贊吧，總是被白嫖，身體吃不消！

公眾號「古時的風箏」，Java 開發者，全棧工程師，人稱遲到小王子，bug 殺手，擅長解決問題。
一個兼具深度與廣度的程式設計師鼓勵師，本打算寫詩卻寫起了程式碼的田園碼農！堅持原創乾貨輸出，你可選擇現在就關注我，或者看看歷史文章再關注也不遲。長按二維碼關注，跟我一起變優秀！

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