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UDB 與 OpenResty XRay：如何分析 Java 應用中的檔案操作

章亦春釋出於 Jul 11, 2025 更新於 Jul 11, 2025

預計閱讀 7 分鐘

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在複雜的 Java 應用開發中，檔案操作相關的問題往往令開發者頭疼不已。當應用出現檔案訪問異常、資源洩露時，傳統除錯方法常常力不從心：日誌分析耗時費力，重現問題需要精確環境，而且往往只能看到問題發生後的結果，無法追溯根源。

現在，有一種全新的除錯方式，就像是在程式執行過程中安裝了一臺“黑匣子”——它可以記錄和還原系統執行的全過程，讓你隨時回溯到問題發生的那一刻，深入分析每一個細節。

今天我們要介紹的，就是實現這一能力的工具：UDB 時間旅行偵錯程式。當它與 OpenResty XRay 搭配使用時，可以為你的應用提供前所未有的深度觀察能力——從系統呼叫到業務邏輯棧，從效能瓶頸到安全漏洞，全鏈路、全維度，讓除錯和最佳化變得真正高效、可控。

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UDB 是甚麼？

UDB 是由 Undo 公司開發的一款時間旅行偵錯程式（Time-Travel Debugger），它允許開發者在程式執行過程中隨時回溯和前進，精確檢視程式的狀態和變數的變化。這種能力使開發者能夠更高效地定位和修復複雜的錯誤，尤其是在多執行緒環境中那些難以重現的問題。

洞悉檔案呼叫全過程：無需猜測檔案操作何時出錯，UDB 的時間旅行功能讓您能夠在程式執行歷史中自由穿梭，精確觀察每一次檔案開啟、讀寫和關閉操作的完整呼叫棧和上下文環境。
捕捉稍縱即逝的異常：對於那些難以重現的檔案訪問異常，UDB 允許您設定智慧斷點，在異常發生時自動捕獲現場，並回溯檢查導致問題的根本原因。
最佳化檔案操作效能：透過與 OpenResty XRay 搭配使用分析 Java 應用的檔案 I/O 呼叫模式和執行時間，幫助您識別頻繁的小塊讀寫、未最佳化的緩衝區使用或資源未及時釋放等問題。

強強聯手：UDB 遇上 OpenResty XRay

如果說 UDB 已經很厲害了，那麼當它遇上 OpenResty XRay，簡直就是如虎添翼。

OpenResty XRay 是我們團隊打造的動態追蹤利器，它就像一個超級偵探，能夠自動分析你的應用，找出效能瓶頸在哪裡，哪裡有異常行為，甚至還能發現潛在的安全漏洞。

OpenResty XRay 的動態追蹤技術能夠實時監控 Java 應用的檔案系統互動，自動識別異常模式並提供深入分析。結合 UDB 的時間回溯能力，開發團隊可以從宏觀到微觀全方位審視應用行為，將複雜的檔案操作問題化繁為簡。

透過將 UDB 的時間旅行除錯功能，與 OpenResty XRay 的深度效能分析能力結合，開發者可以獲取應用程式更全面的執行時資訊，實現從宏觀效能到微觀呼叫棧的完整分析視角，從而大幅提升問題診斷和解決效率。這意味著你既能享受時間旅行除錯的便利，又能獲得深度效能分析的洞察，從宏觀到微觀，一網打盡。

實戰演練：使用 OpenResty XRay 與 UDB 分析 Java 應用的檔案操作呼叫棧

下面我們透過一個實際案例，演示如何使用 OpenResty XRay 與 UDB 精確分析 Java 應用中檔案讀寫操作的完整呼叫棧：

步驟一：錄製應用執行軌跡

首先使用 UDB 的 Live Record 工具錄製 Java 應用的執行過程：

使用 Live Record 工具錄製一個正在執行的 Java 應用樣本。
使用 UDB 工具載入錄製樣本，並設定除錯環境：

udb -ex "set pagination off" -ex "set python print-stack full" java.rec

步驟二：定位檔案操作斷點

在 UDB 環境中，設定斷點捕獲檔案寫入操作：

start 1> break write
start 1> c
Continuing.
[Switching to Thread 3923049.3923068]

Thread 20 "Thread-0" hit Breakpoint 1.768, 0x00007ffff7cfdb40 in write () from /tmp/undodb.3976686.1747987405.935444.61ae9aec99c4629b/debuggee-1-bus1z2h5/symbol-files/lib64/libc.so.6

步驟三：分析底層 C 呼叫棧

使用 bt 命令檢視當前的 C 層呼叫棧：

4% 7,955> bt
#0  0x00007ffff7cfdb40 in write () from /tmp/undodb.3976686.1747987405.935444.61ae9aec99c4629b/debuggee-1-bus1z2h5/symbol-files/lib64/libc.so.6
#1  0x00007ffff7e32c5f in Java_sun_nio_ch_FileDispatcherImpl_write0 (env=0x7ffff0181290, clazz=<optimized out>, fdo=<optimized out>, address=140733730265536, len=81)
    at src/java.base/unix/native/libnio/ch/FileDispatcherImpl.c:118
#2  0x00007fffe0baacf6 in ?? ()
#3  0x000000062a39ed70 in ?? ()

從 C 呼叫棧可以看到系統底層的 write 系統呼叫被觸發，但這僅顯示了 JNI 層面的資訊，無法直接看到 Java 業務程式碼的完整呼叫路徑。

步驟四：分析 Java 完整呼叫棧

載入 OpenResty XRay 提供的 Java 呼叫棧分析工具：

4% 7,955> source java-udb.y.py

使用 java_bt 命令獲取完整的 Java 呼叫棧：

4% 7,955> java_bt
Start tracing...
C:__libc_write
sun.nio.ch.FileDispatcherImpl:write0(Native Method)
@FileDispatcherImpl.java:62
sun.nio.ch.FileDispatcherImpl:write
@IOUtil.java:114
sun.nio.ch.IOUtil:writeFromNativeBuffer
@IOUtil.java:75
sun.nio.ch.IOUtil:write
@IOUtil.java:67
sun.nio.ch.IOUtil:write
@FileChannelImpl.java:288
sun.nio.ch.FileChannelImpl:write
@Channels.java:89
java.nio.channels.Channels:writeFully
@Channels.java:158
java.nio.channels.Channels$1:write
@StreamEncoder.java:223
sun.nio.cs.StreamEncoder:writeBytes
@StreamEncoder.java:325
sun.nio.cs.StreamEncoder:implClose
@StreamEncoder.java:165
sun.nio.cs.StreamEncoder:close
@OutputStreamWriter.java:252
java.io.OutputStreamWriter:close
@BufferedWriter.java:263
java.io.BufferedWriter:close
@Files.java:3579
java.nio.file.Files:write
@Processor.java:42
FileWriterTask:run
@Thread.java:840
java.lang.Thread:run

透過這個完整的 Java 呼叫棧，我們可以清晰地看到從業務程式碼 FileWriterTask:run 方法開始，經過 Java 標準庫的 Files.write 方法，一直到底層系統呼叫的完整路徑。這對於理解應用的檔案操作行為、定位效能瓶頸或排查檔案操作相關問題具有關鍵價值。

時間旅行除錯的優勢

UDB 的時間旅行除錯能力是其最強大的特性之一。透過這一功能，我們可以在錄製的執行軌跡中自由地前進或回溯，精確定位到不同的檔案操作時間點，並全面分析每次寫入操作的完整上下文和呼叫棧。這種能力在排查複雜的檔案操作問題時尤為關鍵。

為了驗證這一點，我們可以繼續執行程式，捕獲下一個檔案寫入操作：

8% 16,337> c
Continuing.

Thread 20 "Thread-0" hit Breakpoint 1.768, 0x00007ffff7cfdb40 in write () from /tmp/undodb.3976686.1747987405.935444.61ae9aec99c4629b/debuggee-1-bus1z2h5/symbol-files/lib64/libc.so.6

8% 16,337> java_bt
Start tracing...
C:__libc_write
sun.nio.ch.FileDispatcherImpl:write0(Native Method)
@FileDispatcherImpl.java:62
sun.nio.ch.FileDispatcherImpl:write
@IOUtil.java:114
sun.nio.ch.IOUtil:writeFromNativeBuffer
@IOUtil.java:75
sun.nio.ch.IOUtil:write
@IOUtil.java:67
sun.nio.ch.IOUtil:write
@FileChannelImpl.java:288
sun.nio.ch.FileChannelImpl:write
@Channels.java:89
java.nio.channels.Channels:writeFully
@Channels.java:158
java.nio.channels.Channels$1:write
@StreamEncoder.java:223
sun.nio.cs.StreamEncoder:writeBytes
@StreamEncoder.java:325
sun.nio.cs.StreamEncoder:implClose
@StreamEncoder.java:165
sun.nio.cs.StreamEncoder:close
@OutputStreamWriter.java:252
java.io.OutputStreamWriter:close
@BufferedWriter.java:263
java.io.BufferedWriter:close
@Files.java:3579
java.nio.file.Files:write
@Processor.java:203
CoreWriterTask:run
@Thread.java:840
java.lang.Thread:run

透過對比兩次捕獲的呼叫棧，我們可以清晰地看到：

第一次寫入操作來自 FileWriterTask:run 方法（位於 Processor.java:42）
第二次寫入操作則來自 CoreWriterTask:run 方法（位於 Processor.java:203）

這種分析方法不僅適用於檔案寫入操作，同樣可以應用於檔案讀取、網路通訊等各類 I/O 操作的除錯分析，為全面理解應用行為提供了強有力的工具支援。

OpenResty XRay 與 UDB 結合的動態分析能力讓我們能夠全面洞察應用中的檔案操作行為模式，突破了傳統除錯方法僅能捕獲單一時刻狀態的侷限。特別是在程序已經終止或不存在的情況下，相較於傳統 GDB 的 coredump 分析，UDB 的回溯分析能力展現出其獨特的優勢。

coredump 僅能提供程式崩潰瞬間的靜態快照，無法重現崩潰前一段時間的完整執行路徑；而 UDB 透過其錄製功能，即使在原始程序不再執行的情況下，依然賦予 OpenResty XRay 在完整程式執行歷史中自如穿梭的能力，可以精確檢視任意時間點的程式狀態與行為細節，真正實現了時間維度上的全方位除錯。

總結

UDB 結合 OpenResty XRay 提供的 Java 呼叫棧分析能力，為開發者提供了前所未有的應用程式行為洞察力。透過時間旅行除錯和完整呼叫棧分析，開發者可以：

精確定位檔案操作的來源和上下文
深入分析 I/O 效能瓶頸
高效排查檔案操作相關的問題
全面驗證檔案操作的安全性和正確性

這種深度分析能力對於開發 Java 應用尤為重要，特別是在現在這個微服務成常態的時代，這種深度分析能力簡直就是救命稻草。

希望本文的實戰演示能幫助您更好地理解和體會 UDB 和 OpenResty XRay 的應用場景和強大之處。如果你也在為複雜的除錯問題頭疼，不妨試試這套組合拳。

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關於 OpenResty XRay

OpenResty XRay 是一個動態追蹤產品，它可以自動分析執行中的應用，以解決效能問題、行為問題和安全漏洞，並提供可行的建議。在底層實現上，OpenResty XRay 由我們的 Y 語言驅動，可以在不同環境下支援多種不同的執行時，如 Stap+、eBPF+、GDB 和 ODB。

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關於作者

章亦春是開源 OpenResty^® 專案創始人兼 OpenResty Inc. 公司 CEO 和創始人。

章亦春（Github ID: agentzh），生於中國江蘇，現定居美國灣區。他是中國早期開源技術和文化的倡導者和領軍人物，曾供職於多家國際知名的高科技企業，如 Cloudflare、雅虎、阿里巴巴，是 “邊緣計算 “、” 動態追蹤 “和 “機器程式設計 “的先驅，擁有超過 22 年的程式設計及 16 年的開源經驗。作為擁有超過 4000 萬全球域名使用者的開源專案的領導者。他基於其 OpenResty^® 開源專案打造的高科技企業 OpenResty Inc. 位於美國矽谷中心。其主打的兩個產品 OpenResty XRay（利用動態追蹤技術的非侵入式的故障剖析和排除工具）和 OpenResty Edge（最適合微服務和分散式流量的全能型閘道器軟體），廣受全球眾多上市及大型企業青睞。在 OpenResty 以外，章亦春為多個開源專案貢獻了累計超過百萬行程式碼，其中包括，Linux 核心、Nginx、LuaJIT、GDB、SystemTap、LLVM、Perl 等，並編寫過 60 多個開源軟體庫。