Spring 集成JMX示例

Love The Way You Lie 2022-10-23 01:58 129阅读 0赞

在Spring中，可以方便地集成JMX。

那么第一个问题来了：什么是JMX？

JMX是Java Management Extensions，它是一个Java平台的管理和监控接口。为什么要搞JMX呢？因为在所有的应用程序中，对运行中的程序进行监控都是非常重要的，Java应用程序也不例外。我们肯定希望知道Java应用程序当前的状态，例如，占用了多少内存，分配了多少内存，当前有多少活动线程，有多少休眠线程等等。如何获取这些信息呢？

为了标准化管理和监控，Java平台使用JMX作为管理和监控的标准接口，任何程序，只要按JMX规范访问这个接口，就可以获取所有管理与监控信息。

实际上，常用的运维监控如Zabbix、Nagios等工具对JVM本身的监控都是通过JMX获取的信息。

因为JMX是一个标准接口，不但可以用于管理JVM，还可以管理应用程序自身。下图是JMX的架构：

┌─────────┐  ┌─────────┐
        │jconsole │  │   Web   │
        └─────────┘  └─────────┘
             │            │
    ┌ ─ ─ ─ ─│─ ─ ─ ─ ─ ─ ┼ ─ ─ ─ ─
     JVM     ▼            ▼        │
    │   ┌─────────┐  ┌─────────┐
      ┌─┤Connector├──┤ Adaptor ├─┐ │
    │ │ └─────────┘  └─────────┘ │
      │       MBeanServer        │ │
    │ │ ┌──────┐┌──────┐┌──────┐ │
      └─┤MBean1├┤MBean2├┤MBean3├─┘ │
    │   └──────┘└──────┘└──────┘
     ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘

JMX把所有被管理的资源都称为MBean（Managed Bean），这些MBean全部由MBeanServer管理，如果要访问MBean，可以通过MBeanServer对外提供的访问接口，例如通过RMI或HTTP访问。

注意到使用JMX不需要安装任何额外组件，也不需要第三方库，因为MBeanServer已经内置在JavaSE标准库中了。JavaSE还提供了一个`jconsole`程序，用于通过RMI连接到MBeanServer，这样就可以管理整个Java进程。

除了JVM会把自身的各种资源以MBean注册到JMX中，我们自己的配置、监控信息也可以作为MBean注册到JMX，这样，管理程序就可以直接控制我们暴露的MBean。因此，应用程序使用JMX，只需要两步：

1.  编写MBean提供管理接口和监控数据；
2.  注册MBean。

在Spring应用程序中，使用JMX只需要一步：

1.  编写MBean提供管理接口和监控数据。

第二步注册的过程由Spring自动完成。我们以实际工程为例，首先在`AppConfig`中加上`@EnableMBeanExport`注解，告诉Spring自动注册MBean：

@Configuration
    @ComponentScan
    @EnableWebMvc
    @EnableMBeanExport // 自动注册MBean
    @EnableTransactionManagement
    @PropertySource({ "classpath:/jdbc.properties" })
    public class AppConfig {
        ...
    }

剩下的全部工作就是编写MBean。我们以实际问题为例，假设我们希望给应用程序添加一个IP黑名单功能，凡是在黑名单中的IP禁止访问，传统的做法是定义一个配置文件，启动的时候读取：

# blacklist.txt
    1.2.3.4
    5.6.7.8
    2.2.3.4
    ...

如果要修改黑名单怎么办？修改配置文件，然后重启应用程序。

但是每次都重启应用程序实在是太麻烦了，能不能不重启应用程序？可以自己写一个定时读取配置文件的功能，检测到文件改动时自动重新读取。

上述需求本质上是在应用程序运行期间对参数、配置等进行热更新并要求尽快生效。如果以JMX的方式实现，我们不必自己编写自动重新读取等任何代码，只需要提供一个符合JMX标准的MBean来存储配置即可。

还是以IP黑名单为例，JMX的MBean通常以MBean结尾，因此我们遵循标准命名规范，首先编写一个`BlacklistMBean`：

public class BlacklistMBean {
        private Set<String> ips = new HashSet<>();
    
        public String[] getBlacklist() {
            return ips.toArray(String[]::new);
        }
    
        public void addBlacklist(String ip) {
            ips.add(ip);
        }
    
        public void removeBlacklist(String ip) {
            ips.remove(ip);
        }
    
        public boolean shouldBlock(String ip) {
            return ips.contains(ip);
        }
    }

这个MBean没什么特殊的，它的逻辑和普通Java类没有任何区别。

下一步，我们要使用JMX的客户端来实时热更新这个MBean，所以要给它加上一些注解，让Spring能根据注解自动把相关方法注册到MBeanServer中：

@Component
    @ManagedResource(objectName = "sample:name=blacklist", description = "Blacklist of IP addresses")
    public class BlacklistMBean {
        private Set<String> ips = new HashSet<>();
    
        @ManagedAttribute(description = "Get IP addresses in blacklist")
        public String[] getBlacklist() {
            return ips.toArray(String[]::new);
        }
    
        @ManagedOperation
        @ManagedOperationParameter(name = "ip", description = "Target IP address that will be added to blacklist")
        public void addBlacklist(String ip) {
            ips.add(ip);
        }
    
        @ManagedOperation
        @ManagedOperationParameter(name = "ip", description = "Target IP address that will be removed from blacklist")
        public void removeBlacklist(String ip) {
            ips.remove(ip);
        }
    
        public boolean shouldBlock(String ip) {
            return ips.contains(ip);
        }
    }

观察上述代码，`BlacklistMBean`首先是一个标准的Spring管理的Bean，其次，添加了`@ManagedResource`表示这是一个MBean，将要被注册到JMX。objectName指定了这个MBean的名字，通常以`company:name=Xxx`来分类MBean。

对于属性，使用`@ManagedAttribute`注解标注。上述MBean只有get属性，没有set属性，说明这是一个只读属性。

对于操作，使用`@ManagedOperation`注解标准。上述MBean定义了两个操作：`addBlacklist()`和`removeBlacklist()`，其他方法如`shouldBlock()`不会被暴露给JMX。

使用MBean和普通Bean是完全一样的。例如，我们在`BlacklistInterceptor`对IP进行黑名单拦截：

@Order(1)
    @Component
    public class BlacklistInterceptor implements HandlerInterceptor {
        final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(getClass());
    
        @Autowired
        BlacklistMBean blacklistMBean;
    
        @Override
        public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)
                throws Exception {
            String ip = request.getRemoteAddr();
            logger.info("check ip address {}...", ip);
            // 是否在黑名单中:
            if (blacklistMBean.shouldBlock(ip)) {
                logger.warn("will block ip {} for it is in blacklist.", ip);
                // 发送403错误响应:
                response.sendError(403);
                return false;
            }
            return true;
        }
    }

下一步就是正常启动Web应用程序，不要关闭它，我们打开另一个命令行窗口，输入`jconsole`启动JavaSE自带的一个JMX客户端程序：

![jconsole][]

通过jconsole连接到一个Java进程最简单的方法是直接在Local Process中找到正在运行的`AppConfig`，点击Connect即可连接到我们当前正在运行的Web应用，在jconsole中可直接看到内存、CPU等资源的监控。

我们点击MBean，左侧按分类列出所有MBean，可以在`java.lang`查看内存等信息：

![mbean][]

细心的童鞋可以看到HikariCP连接池也是通过JMX监控的。

在`sample`中可以看到我们自己的MBean，点击可查看属性`blacklist`：

![mbean-value][]

点击`Operations`\-`addBlacklist`，可以填入`127.0.0.1`并点击`addBlacklist`按钮，相当于jconsole通过JMX接口，调用了我们自己的`BlacklistMBean`的`addBlacklist()`方法，传入的参数就是填入的`127.0.0.1`：

![mbean-invoke-ok][]

再次查看属性`blacklist`，可以看到结果已经更新了：

![mbean-modified][]

我们可以在浏览器中测试一下黑名单功能是否已生效：

![403][]

可见，`127.0.0.1`确实被添加到了黑名单，后台日志打印如下：

2020-06-06 20:22:12 INFO  c.i.l.web.BlacklistInterceptor - check ip address 127.0.0.1...
    2020-06-06 20:22:12 WARN  c.i.l.web.BlacklistInterceptor - will block ip 127.0.0.1 for it is in blacklist.

注意：如果使用IPv6，那么需要把`0:0:0:0:0:0:0:1`这个本机地址加到黑名单。

如果从jconsole中调用`removeBlacklist`移除`127.0.0.1`，刷新浏览器可以看到又允许访问了。

使用jconsole直接通过Local Process连接JVM有个限制，就是jconsole和正在运行的JVM必须在同一台机器。如果要远程连接，首先要打开JMX端口。我们在启动`AppConfig`时，需要传入以下JVM启动参数：

*  \-Dcom.sun.management.jmxremote.port=19999
 *  \-Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false
 *  \-Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false

第一个参数表示在19999端口监听JMX连接，第二个和第三个参数表示无需验证，不使用SSL连接，在开发测试阶段比较方便，生产环境必须指定验证方式并启用SSL。详细参数可参考Oracle[官方文档][Link 1]。这样jconsole可以用`ip:19999`的远程方式连接JMX。连接后的操作是完全一样的。

许多JavaEE服务器如JBoss的管理后台都是通过JMX提供管理接口，并由Web方式访问，对用户更加友好。

[jconsole]: /images/20221022/034b00d820aa490f8f09b5f23369d964.png
[mbean]: /images/20221022/9aaceec0cf26431dafb69f33939f39b0.png
[mbean-value]: /images/20221022/288681ddd6d942e1bcca08d83982c541.png
[mbean-invoke-ok]: /images/20221022/dbe6e762bc8647cc919bb26319e9598d.png
[mbean-modified]: /images/20221022/068ea32fd95549cc983c1aa05f046e58.png
[403]: /images/20221022/068c9eaa24354ce5b26f489dee4524ba.png
[Link 1]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/management/agent.html#gdeum