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1. 前言

在Java中，我们该如何追踪一个对象呢？

追踪对象，有意义吗？ 很多时候，确实没必要去追踪一个对象。对象完成它的使命后，GC会自动帮我们进行垃圾回收，开发者不用担心内存泄漏的问题。但是有时候，对象追踪又很有用，当你需要自己维护一些比较宝贵的资源时，例如：内存、连接等，使用者一旦忘记归还，资源就会发生泄漏，产生严重后果。

了解了追踪对象的意义后，接下来要思考的，就是该如何追踪对象了。

需求很简单，要能知道对象具体是在哪里被创建的，在哪里被访问过，这里的【哪里】需要精确到具体代码的行数。

有的同学可能会想到，通过打日志的方式来记录，但是那太麻烦了，也难以维护，今天我们换个思路，通过堆栈信息来追踪。

2. 前置知识

在实现追踪需求前，先熟悉一下Java基础知识，不然可能会有点懵哦~

2.1 Throwable

Throwable相信大家都很熟悉，正如Object是所有对象的父类一样，Throwable是所有异常的父类。它有两个非常重要的直接子类：Exception和Error，这里就不细说。

Throwable中文译为【可抛出的】，为什么会有这个类呢？首先，只要是程序就可能会有Bug，只要是程序就可能会有异常。这个【异常】不管是你手动抛出的，还是运行时JVM自动抛出的，它的目的很简单，就是告诉开发者：程序异常了，你赶紧去排查解决。

作为一个合格的异常，应该如何快速的帮助开发者定位问题呢？最直接的就是告诉你，在代码的哪个位置发生了什么异常，异常信息是什么等等，这也被称为【堆栈信息】。

因此，Throwable类有如下两个重要的属性：

// 异常详细信息
private String detailMessage;

// 堆栈列表
private StackTraceElement[] stackTrace;

其中，detailMessage是需要你手动指定的，而stackTrace堆栈则由JVM自动抓取。

什么时候会抓取堆栈呢？当然是Throwable被创建的时候了，因此它的构造函数如下：

public Throwable() {
    // 填充堆栈信息
    fillInStackTrace();
}

可惜的是，你无法看到堆栈抓取的源码，因为它是被native修饰的本地代码：

private native Throwable fillInStackTrace(int dummy);

现在，你只需要知道，当一个Throwable被创建时，默认JVM会自动抓取堆栈信息。

2.2 StackTraceElement

StackTraceElement是由Throwable自动抓取的，它其实代表的是当前线程运行的方法栈里的一个个的栈帧。

回顾一下JVM知识，JVM运行时数据区被划分成五大块：线程共享的堆和方法区、线程私有的程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈。当JVM要执行一个方法时，它首先会将该方法打包成一个【栈帧】，然后入栈执行，方法运行结束后出栈，方法执行的过程就是一个个栈帧入栈出栈的过程。

StackTraceElement就是对虚拟机栈中栈帧的描述，stackTrace的第0个元素就是虚拟机栈中的栈顶方法。

先来看属性：

declaringClass：关联的类名。
methodName：关联的方法名。
fileName：文件名。
lineNumber：关联的代码行数。

由此可见，通过StackTraceElement就可以定位到具体哪个类的哪个方法，甚至是第多少行代码。

3. 实现追踪

可以为对象定义一个touch方法，当要追踪时就调用一次。也可以为对象生成代理对象，访问任意方法都自动追踪，这里采用后者。

为了方便理解，直接采用JDK动态代理。因此要追踪的对象必须实现接口，这里以User接口为例，代码如下：

public interface User {
	// 吃饭
	void eat();

	// 睡觉
	void sleep();

	// 打印访问堆栈
	void print();
}

编写一个超简单的UserImpl类，方法实现为输出一段话，这里代码就不贴代码了。

核心类TraceDetector可以为原生对象生成一个代理对象，拦截每一个方法，自动抓取调用堆栈记录，最后可以在控制台输出堆栈的调用记录。

public class TraceDetector implements InvocationHandler {
	// 原生对象
	private final Object origin;
	// 堆栈追踪记录
	private Record traceRecord = new Record();
	
	public TraceDetector(Object origin) {
		this.origin = origin;
	}

	// 生成新的堆栈
	private void newRecord() {
		this.traceRecord = new Record(traceRecord);
	}

	// 生成代理对象
	public static <T> T newProxy(Class<T> clazz, T origin) {
		return (T) Proxy.newProxyInstance(clazz.getClassLoader(), new Class[]{clazz}, new TraceDetector(origin));
	}

	@Override
	public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
		if ("print".equals(method.getName())) {
			this.print();
			return null;
		} else {
			this.newRecord();// 添加追踪堆栈
			return method.invoke(origin, args);
		}
	}

	// 输出堆栈信息
	private void print() {
		// 输出 record.getStackTrace() 堆栈记录
	}

	// 堆栈记录，继承自Throwable
	private static class Record extends Throwable {
		private Record next;
		private int pos;

		public Record() {
			this.pos = getStackTrace().length - 3;
		}

		public Record(Record next) {
			int diff = Math.abs(getStackTrace().length - next.getStackTrace().length);
			this.next = next;
			this.pos = diff + 1;
		}
	}
}

编写测试程序，创建一个User对象，通过TraceDetector生成代理对象，在几个地方调用一下User对象，调用user.print就可以在控制台输出对象访问堆栈数据了。这样，一旦User对象出现资源泄漏的问题，可以很快定位到。

4. 总结

Throwable对象在创建时，JVM会自动抓取线程堆栈信息，有了堆栈信息我们就可以快速定位到源代码。当我们要追踪某个对象时，每次访问对象都创建一个Throwable对象即可，当然这也会带来另一个问题，由于每次访问都需要抓取堆栈信息，程序的性能将受到很大影响，可以考虑分环境追踪，以及采样追踪。

如何追踪Java对象的访问？