深入了解 Java 调试

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编译：覃佑桦

medium.com/@AriNoman/java-debugging-731c21d278be

Bug(俗称"八阿哥") 是软件开发绕不过的一道坎，因此调试便成了每位程序员一项必备的核心技能。调试不仅有助于理解程序的运行流程，还能改进代码质量，最终提高开发者解决问题的能力以及交付软件的品质。

本文旨在讨论 Java 调试关键技巧，同时也会介绍生产环境中调试 Java 的最佳实践。

0 调试 Java 项目

本节讨论 Java 项目调试中的常见概念与技巧，包括Breakpoint (断点)、Step filter (单步过滤器)、Drop to Frame (跳出函数到选定层)等。这些技术同样可以在复杂场景下使用。

条件断点

断点用来指定在调试过程中程序停止执行的位置。通过临时挂起执行过程，可以观察或修改字段与变量值。下面的内容虽然使用了 Eclipse进行演示，但是相关概念同样适用于其他 Java IDE。条件断点即设置成在满足特定条件时触发的断点，用来检查条件发生时程序的状态、调用堆栈及重要的变量值。

下面的示例对音乐专辑得分计算算术平均值：

假设有数百张专辑，可以在循环中设置条件断点 album.getRating().score == 0。当出现专辑得分为0时，程序就会停止执行。

其他断点类型

除了上面介绍的断点类型，不同的 Java IDE 还提供了其他类型的断点：

事件断点：与事件绑定，在遇到调试器能够识别的事件时触发；

字段断点：给定字段或表达式的值发生变化时，字段断点将停止正在执行的程序。调试时可以指定一个字段作为观察点，表达式读取、修改时停止执行；

方法断点 ：进入或退出指定方法时挂起程序，用来检查特定方法的进入或退出事件；

行断点：程序到达断点中设置的特定代码行时停止程序执行。

使用 Rookout 设置断点

Rookout 是一个创新的调试平台，在不停止或中断程序的情况下搜集调试数据。支持自定义断点触发条件。Rookout 提供的"断点状态"功能非常强大：在断点附近通过警告标志或💡展示断点状态。

Rookout 有5种断点状态：

Active (紫色, 实心)

Pending (紫色, 空心)

Warning (紫色, 实心, 带三角形)

Error (紫色, 空心, 带三角形)

Disabled (灰色, 空心)

"断点状态" 可以在查看日志或调试信息前就能对程序运行状况有所了解。

Step Filter (单步过滤器)

Step Filter 可以在调试中指定需要跳过的 package。在调试多个 class、第三方库或框架时非常好用。在 Eclipse 中可以通过 Window Preferences >>Java Debug >>Step Filtering  配置。

Drop to frame (跳出函数到选定层)

这种技术可以在调试期间选择并重新执行程序的一部分：指定程序调用堆栈中任意帧(frame)，在 Debug View 中点击 Drop-to-frame 按钮，调试器会从这里重新启动。Drop to frame 不会影响字段或现有数据，例如已写入数据库的记录。

1 远程调试

大多数 Java IDE 都支持 JVM 远程调试。设置调试参数如下：

Eclipse 用户需输入主机名 (hostname) 和端口号，如下图所示：

2 在生产环境调试 Java

现如今开发节奏越来越快，代码发布也是如此。无论测试流程如何严格，总会有漏网之鱼。当这些漏洞遇到生产中的实际数据，产生的压力随之飙升。因此，进行系统扩展的同时解决潜在的漏洞非常关键。

下面的策略可供每个 Java 开发者参考：

确定错误发生的时间；

评估错误的严重程度(优先级)；

筛选定位导致程序出错的状态；

接下来，跟踪并解决根本原因(root cause)；

最后，打补丁。

除了上面的五个步骤，还应当遵守下面这些生产环境最佳实践：

提高日志等级

大多数情况下，错误信息没有包含足够的上下文内容，因此调试时需要提升日志等级。完整的上下文内容可以有效地理解、定位和确定错误的根本原因。一种常见的方法，在每个线程的入口点生成 UUID。

理想情况下，可以按照以下格式设置线程名称：

这样，堆栈跟踪信息会以 “threadName: pool-7-thread-22, UUID: EB85GTA, MsgType: AnalyzeGraph, MsgID: 415669, 29/03/2020 04:44” 开头，比起 “pool-7-thread-22” 这样的名字更有意义。

集中日志

在应用程序生命周期各阶段尤其是生产阶段处理错误时，应优先考虑高效的日志记录机制。把会话中所有重要事件汇集到统一的日志服务器，不但能够降低调试的难度，而且在跟踪关键产品指标时，还可以帮助监视应用程序中发生错误的情况。

检查堆栈跟踪和其他日志

调试异常时，堆栈跟踪非常有用：它能帮助确定在程序崩溃时调用了哪些函数以及调用顺序。下面的代码使用 printStack() 方法打印异常堆栈：

输出结果：

复制实例

获取日志后，接下来最重要的是在复制场景(实例)。通常会创建一个与 IDE 调试类似的环境，便于分析与解决错误。

3 总结

Java 调试并不是开发者的噩梦。一点创造性思维加上合适的工具，开发者会更有信心、更加快速准确地识别、诊断和解决代码中的错误。

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