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《leetcode-runner》【图解】如何手搓一个debug调试器——调试程序【JDI开发】【万字详解】

news 来源：原创 2025/6/9 14:07:34

前文：
《leetcode-runner》如何手搓一个debug调试器——引言
《leetcode-runner》如何手搓一个debug调试器——架构
《leetcode-runner》如何手搓一个debug调试器——指令系统

本文主要聚焦于如何编写调试程序

背景

在leetcode算法背景下，用户只编写了一个Solution文件。在此基础上，项目该做出哪些额外操作，才能够启动并运行程序呢？

显然，我们需要程序入口。其次，还需要自己实现一套调试程序，控制调试进度

程序入口

方案选择

在Java中，程序入口是main方法。想要启动Solution类，我们存在两种解决方案

  1. 复制用户编写的Solution的所有内容，并动态添加main函数入口，将新得到的内容写入一个全新的文件。最后启动这个全新文件在这里插入图片描述

  2. 原封不动的拷贝用户编写的Solution的所有内容，同时创建一个全新的Main类，在Main类中调用Solution的方法在这里插入图片描述

考虑到规整性，leetcode-runner选择了第二种解决方案

如何将测试案例转换为适配Solution方法入参的代码

模板引入

让我们通过一个简单的case引入解决方案

solution模板

class Solution {public int lengthOfLongestSubstring(String s) {}
}

测试案例
“abcabcbb”

现在的需求是，根据solution模板，测试案例，创建一个调用Solution的Main函数

假设我们没有经过程序自动计算生成，让我们手写，Main类长啥样呢？

import java.util.*;public class Main {public static void main(String[] args) {Solution solution = new Solution(); // 创建实例String a = "abcabcbb"; // 测试案例转换为Java代码solution.lengthOfLongestSubstring(a); // 调用核心方法}
}

让我们分析一下这段代码哪些是固定的，哪些是需要动态生成的

首先整个Main的结构是死的，创建实例是死的，活的部分是测试案例转换代码和方法调用

进一步改写，得到如下模板

import java.util.*;public class Main {public static void main(String[] args) {Solution solution = new Solution();{{callCode}}}
}

{{callCode}}，标志着调用代码生成的位置，需要程序动态生成创建

测试案例转换

现在有一个字符串——“abcabcbb”，我们需要将他转换为Java代码。但现在存在一个问题，我们需要将"abcabcbb"赋值给变量，那么变量名叫啥？，变量类型是啥？

现在的测试案例非常简单，变量名给个a，类型一眼字符串

那我现在上上强度

请问，[1,2,3]应该转换成什么类型的变量呢？

a. 数组
b. TreeNode
c. ListNode

现在各位读者猜猜，选啥

3、2、1

答案是——都有可能！！！

以leetcode-1367为例

在这里插入图片描述

这样的数组类型既可以表示ListNode，也可以表示TreeNode。当然，int[]数组自然也是可以的

从上述案例可以发现，测试案例转变得到的变量类型并不是恒定的，它取决于上下文——Solution的方法入参

如果入参类型是ListNode，那么[1,2,3]就是ListNode。如果入参类型是TreeNode，那么[1,2,3]就是TreeNode。如果入参是int[]，那么[1,2,3]就是int[]

因此，我们要明确将测试案例转换成何种类型的变量，就必须要知道入参类型是什么，而这就引出了核心代码分析功能

核心代码分析

所谓核心代码分析，就是对于leetcode提供的片段代码，识别出关键信息

在leetcode-runner项目中，核心信息有方法名，所有的入参类型，并通过AnalysisResult封装分析结果

CodeAnalyzer是代码分析器，用于分析核心代码片段，返回分析的结果

至于如何分析核心代码，需要利用正则这项技术

这里我将提供leetcode-runner部分源码

/*** Java代码分析器** @author feigebuge* @email 2508020102@qq.com*/
public class JavaCodeAnalyzer extends AbstractCodeAnalyzer{public JavaCodeAnalyzer(Project project) {super(project);}/*(\w+) 捕获组, 匹配字母数字下划线*/private static final String methodPattern = "public\\s+.*\\s+(\\w+)\\s*\\(([^)]*)\\)";private static final Pattern pattern  = Pattern.compile(methodPattern);public AnalysisResult analyze(String code) {LogUtils.simpleDebug(code);// 正则表达式匹配方法签名Matcher matcher = pattern.matcher(code);if (matcher.find()) {String methodName = matcher.group(1);  // 获取方法名String parameters = matcher.group(2);  // 获取参数列表// 解析参数类型List<String> parameterTypes = new ArrayList<>();String[] parametersArray = parameters.split("\\s*,\\s*");for (String param : parametersArray) {// 提取类型部分String[] parts = param.split("\\s+");if (parts.length > 1) {parameterTypes.add(parts[0].trim()); // 只获取类型}}return new AnalysisResult(methodName, parameterTypes.toArray(new String[0]));}throw new DebugError("代码片段分析错误! 无法匹配任何有效信息\n code = " + code);}
}

在代码中，利用到正则的匹配组的功能，通过match.group方法，匹配得到不同的类型

举个例子

public String dfs(int a, int b)

这行代码将会被regex的group匹配到两组内容

group 1：dfs
group 2：int a, int b

group 1匹配得到方法名——dfs
group 2匹配得到括号内部的所有内容，接下来只需要按照逗号进行分割，取第一个符号就可以得到入参类型

通过分析结果，将测试案例转换为Java代码

先上UML，再解释
请添加图片描述

在leetcode-runner中，负责将测试案例转换为对应代码的类是TestcaseConvertor，但我目前写的毕竟是Java 调试器，自然而然的，负责这块的类就是JavaTestcaseConvertor，后文将称呼他为JTC

在JTC处理测试案例时，会将测试案例和方法入参类型进行匹配，然后统一交给ConvertorFactory，根据不同的入参类型生成不同的VariableConvertor

VariableConvertor负责将测试案例转换成不同类型的代码。比如IntArrayConvertor，负责将输入转换为int[]变量；IntConvertor，负责将输入转为为int变量

流程汇总

现在，我们将上文介绍的类进行汇总，得到整体流程

在项目中，已经存在Main.template，具体内容如下

import java.util.*;public class Main {public static void main(String[] args) {Solution solution = new Solution();{{callCode}}}
}

现在，我们需要做的是将测试案例转换成代码 + 创建实例调用代码，将代码填入{{callCode}}内部

整套流程如下

请添加图片描述

对应到leetcode-runner代码，就长这样
在这里插入图片描述

tip:

  • autoAnalyze()方法是对analyze(String)做出的封装，他会自动获取核心代码，并传递给analyze方法
  • autoConvert()方法是对convert(String testcase)方法做出的封装，autoConvert()会自动获取代码片段，并传递给convert(String testcase)方法

JDI层次

Mirror

JDI（Java Debug Interface），是一套为了debug调试获取目标JVM运行状态的接口

通过JDI定义的接口，我们可以驱动目标JVM调试目标代码，同时获取JVM执行的状态信息，以及目标代码的数据信息

在JDI开发中，最最核心的是VirtualMachie类，他封装了正在执行debug的JVM的所有信息。为了和执行调试程序的JVM做出区分，执行debug的JVM我们称为TargetVM

在这里插入图片描述

这里，需要进行一个区分，在JDI开发中，VirtualMachine是TargetVM的镜像——Mirror

在JDI开发过程中，所有的操作都会如实的作用到TargetVM，就像镜子那样，你一动，我就动。因此，在JDI的包下，所有类都是Mirror的子类，换句话说，Mirror是顶级父类

在这里插入图片描述

VirtualMachine

连接

总共有两种连接方式

  1. 连接正在运行的程序，并返回目标VM的镜像
  2. 启动一个应用程序并连接返回目标VM的镜像

这两者的区别是：方法1可以是远程连接，方法2必须是本地连接

对于方法一，连接需要地址，端口信息，因此方法一在debug调试时，可以远程连接。JDI在电脑A，目标VM在电脑B

对于方法二，JDI提供的接口同时负责启动，连接。因为启动的功能交由JDI，因此只能是本地连接

leetcode-runner提供了两种连接方式，笔者将提供部分连接代码

方法一

private void debugRemotely() {startVMService();connectVM();
}private void startVMService() {this.port = DebugUtils.findAvailablePort();LogUtils.simpleDebug("get available port : " + this.port);String cdCmd = "cd " + env.getFilePath();String startCmd = String.format("%s -agentlib:jdwp=transport=dt_socket,server=y,suspend=y,address=%d -cp %s %s",env.getJava(), port, env.getFilePath(), "Main");String combinedCmd = "cmd /c " + cdCmd + " & " + startCmd;LogUtils.simpleDebug(combinedCmd);try {Process exec = Runtime.getRuntime().exec(combinedCmd);getRunInfo(exec);} catch(InterruptedException ignored) {} catch (Exception e) {throw new DebugError(e.toString(), e);}
}/*** 连接VM, 开始debug*/
private void connectVM() {// 创建连接VirtualMachineManager vmm = Bootstrap.virtualMachineManager();AttachingConnector connector = getConnector(vmm);// 配置调试连接信息Map<String, Connector.Argument> arguments = connector.defaultArguments();arguments.get("port").setValue(String.valueOf(port));// 连接到目标 JVMVirtualMachine vm = null;// 3次连接尝试int tryCount = 1;do {try {DebugUtils.simpleDebug("第 " + tryCount + " 次连接, 尝试中...", project);vm = connector.attach(arguments);DebugUtils.simpleDebug("连接成功", project);break;} catch (IOException | IllegalConnectorArgumentsException e) {DebugUtils.simpleDebug("连接失败: " + e, project);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException ignored) {}}tryCount++;} while (tryCount <= 3);if (vm == null) {LogUtils.warn("vm 连接失败");throw new DebugError("vm 连接失败");}startProcessEvent(vm);
}

方法二

/*** 本地断点启动*/
private void debugLocally() {// 获取 LaunchingConnectorLaunchingConnector connector = Bootstrap.virtualMachineManager().defaultConnector();// 配置启动参数Map<String, Connector.Argument> arguments = connector.defaultArguments();arguments.get("main").setValue("Main"); // 替换为你的目标类全路径arguments.get("options").setValue("-classpath " + env.getFilePath() + " -Dencoding=utf-8"); // 指定类路径// fix: 编译jdk和运行jdk不一致问题arguments.get("home").setValue(env.getJAVA_HOME());arguments.get("vmexec").setValue("java.exe");// 启动目标 JVMVirtualMachine vm;try {vm = connector.launch(arguments);} catch (IOException | IllegalConnectorArgumentsException | VMStartException e) {throw new DebugError("vm启动失败!", e);}// 捕获目标虚拟机的输出captureStream(vm.process().getInputStream(), OutputHelper.STD_OUT);captureStream(vm.process().getErrorStream(), OutputHelper.STD_ERROR);// 获取当前类的调试信息startProcessEvent(vm);
}

EventQueue / EventSet

在介绍本小节内容前，请允许我提个问题

如果TargetVM处理产生各种结果，该如何通知VirtualMachine呢？

或者换个问法，VirtualMachine如何知道TargetVM干了啥，产生了生么结果呢？

这就得引出EventQueue

EventQueue，管理即将到来的TargetVM在debug过程中产生的事件。事件总是会被封装到EventSet当中。EventSet总是由debug程序创建生成，并可以通过EventQueue读取

VirtualMachine如果想要知道TargetVM产生了哪些事件，可以通过VirtualMachine.eventQueue()获得EventQueue，EventQueue.remove()得到EventSet。最后通过遍历EventSet可以获得TargetVM即将处理的各种事件

笔者将简化leetcode-runner代码，提供一个基本的处理demo

EventQueue eventQueue = virtualMachine.eventQueue();
while (true) {EventSet set = eventQueue.remove();Iterator<Event> it = set.iterator();boolean resumeStoppedApp = false;while (it.hasNext()) {// 只要有一个事件不resume, 就必须resumeresumeStoppedApp |= !handleEvent(it.next());}if (resumeStoppedApp) {set.resume();}
}

Event

发生在TargetVM，并且调试器非常感兴趣的事件。Event是所有事件的顶级父类，当事件发生，事件实例将会写入EventQueue，等待调试程序处理

Event有很多类型

  • BreakpointEvent
  • ClassPrepareEvent
  • StepEvent
  • …

Event中封装了非常多的重要信息

如果某个Event继承了LocatableEvent，那他就拥有了TargetVM执行的位置信息和线程引用

这两个对象相当关键，其具体信息将在下一小节介绍

ThreadReference / Location

ThreadReference：目标JVM的线程引用，包含TargetVM当前执行线程的所有信息。我们都知道，代码会在某个线程中执行，在调用方法时，会执行入栈操作。栈中包含局部变量的引用，通过引用可以获取局部变量的实际值

Location：表示目标JVM当暂停线程当前执行到的位置信息。

包括

  • sourceName：当前执行位置的源码名称
  • sourcePath：源码路径
  • lineNumber：执行代码行号
  • …

Value，Type

Value是TargetVM中，值的镜像。在JDI开发体系中，Value的整个继承图谱巨tm复杂且麻烦

下图是JDI的文档，大体上分，Java所有value镜像可以分为PrimitiveValue，ObjectReference。前者是基本类型的镜像，后者是对象类型的镜像

在这里插入图片描述

Type，类型的镜像
在这里插入图片描述

Value，Type之间的关系，有点像实例，和Class之间的关系

对于对象类型的Value，如果想要获取对象的某个字段的值，需要通过ReferenceType获取Field信息，然后通过ObjectReference.getValue(Field)的方法获得Value

这里贴出一段处理ArrayDeque内部elements属性的代码

    private String handleArrayDeque(ObjectReference objRef, int depth) {ReferenceType referenceType = objRef.referenceType();Value elements = objRef.getValue(referenceType.fieldByName("elements"));...}

EventRequestManager

事件请求管理器，通过管理器，可以向TargetVM发送各种事件请求

eg

  • createStepRequest 创建单步运行请求
  • createBreakpointRequest 创建断点请求
  • createClassPrepareRequest 类准备请求
  • …

md，写不动了，今天就这样吧，明天继续补充…

架构

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1.问题原因1 报错信息1&#xff1a; fatal: unable to access https://github.com/microsoft/xxx/: Failed to connect to github.com port 443: Timed out 报错信息2&#xff1a; fatal: unable to access https://github.com/xxx/xx/: OpenSSL SSL_read: Connection was …...

编程日记 2025/6/4 8:37:46

Android SystemUI——使用Dagger2加载组件（四）

SystemUI 是 Android 系统中的一个重要模块，负责绘制系统栏（如状态栏、导航栏）、锁屏、快捷设置等用户界面元素。由于其复杂性，良好的架构设计和依赖管理对于保持代码的可维护性和扩展性至关重要。这就是 Dagger2 在此发挥重要作用的地方。 一、Dagger2介绍 Dagger2 是一个…...

编程日记 2025/5/31 1:37:31

Lesson 109 A good idea

Lesson 109 A good idea 词汇 idea n. 主意&#xff0c;想法 复数&#xff1a;ideas 用法&#xff1a;口语&#xff1a;Good idea! 好主意&#xff01; 　　　　　　Big idea! 高见&#xff01;好主意&#xff01; 　　　　　　Great idea! 好主意 　　　　　　Bad idea! 坏主…...

编程日记 2025/6/2 6:37:27

网络安全-RSA非对称加密算法、数字签名

数字签名非常普遍&#xff1a; 了解数字签名前先了解一下SHA-1摘要&#xff0c;RSA非对称加密算法。然后再了解数字签名。 SHA-1 SHA-1&#xff08;secure hash Algorithm &#xff09;是一种 数据加密算法。该算法的思想是接收一段明文&#xff0c;然后以一种不可逆的方式将…...

编程日记 2025/6/3 0:48:39

自动化办公|xlwings简介

xlwings 是一个开源的 Python 库&#xff0c;旨在实现 Python 与 Microsoft Excel 的无缝集成。它允许用户使用 Python 脚本自动化 Excel 操作&#xff0c;读取和写入数据&#xff0c;执行宏&#xff0c;甚至调用 VBA 脚本。这使得数据分析、报告生成和其他与 Excel 相关的任务…...

编程日记 2025/6/3 16:18:05

C#使用OpenTK绘制3D可拖动旋转图形三棱锥

接上篇,绘制着色矩形 C#使用OpenTK绘制一个着色矩形-CSDN博客 上一篇安装OpenTK.GLControl后,这里可以直接拖动控件GLControl 我们会发现GLControl继承于UserControl //// 摘要:// OpenGL-aware WinForms control. The WinForms designer will always call the default//…...

编程日记 2025/6/2 21:10:02

【网络云SRE运维开发】2025第3周-每日【2025/01/14】小测-【第13章ospf路由协议】理论和实操

文章目录 选择题&#xff08;10道&#xff09;理论题&#xff08;5道&#xff09;实操题&#xff08;5道&#xff09; 【网络云SRE运维开发】2025第3周-每日【2025/01/14】小测-【第12章ospf路由协议】理论和实操 选择题&#xff08;10道&#xff09; 在OSPF协议中&#xff0c…...

编程日记 2025/6/2 20:47:47

计算机网络 （34）可靠传输的工作原理

前言 计算机网络可靠传输的工作原理主要依赖于一系列协议和机制&#xff0c;以确保数据在传输过程中能够准确无误地到达目的地。 一、基本概念 可靠传输指的是数据链路层的发送端发送什么&#xff0c;在接收端就收到什么&#xff0c;即保证数据的完整性、正确性和顺序性。由于网…...

编程日记 2025/6/1 10:42:21

提高互联网Web安全性：避免越权漏洞的技术方案

目录 一、越权漏洞概述 二、常见的越权漏洞类型 三、越权漏洞的影响 四、越权漏洞的技术解决方案 一、越权漏洞概述 越权&#xff08;Authorization Bypass&#xff09;类漏洞是指在系统中&#xff0c;攻击者通过绕过身份验证或访问控制&#xff0c;获取本不应访问的资源或…...

编程日记 2025/6/1 3:39:22

c语言 --- 字符串

创建字符串 1. 使用字符数组创建字符串 #include <stdio.h>int main() {char str[20] "Hello, world!";str[0] h; // 修改字符串的第一个字符printf("%s\n", str); // 输出&#xff1a;hello, world!return 0; }解释&#xff1a; 数组大小 20 表…...

编程日记 2025/6/1 11:54:59

Linux探秘坊-------1.系统核心的低语：基础指令的奥秘解析（3）

1.zip/unzip指令 语法&#xff1a; zip 压缩⽂件.zip ⽬录或⽂件 功能&#xff1a;将⽬录或⽂件压缩成zip格式 常⽤选项: -r&#xff1a;递归处理&#xff0c;将指定⽬录下的 所有⽂件和⼦⽬录⼀并处理 example: 1.事前准备 建立以下文件与目录&#xff1a; 2.压缩test 目…...

编程日记 2025/6/3 7:51:09

Java中网络编程的学习

目录 网络编程概述 网络模型 网络通信三要素: IP 端口号 通信协议 IP地址&#xff08;Internet Protocol Address&#xff09; 端口号 网络通信协议 TCP 三次握手 四次挥手 UDP TCP编程 客户端Socket的工作过程包含以下四个基本的步骤&#xff1a; 服务器程序…...

编程日记 2025/5/29 6:11:52

微服务的CAP定理与数据一致性抉择

分布式系统中的CAP定理&#xff0c;包括一致性&#xff08;Consistency&#xff09;、可用性&#xff08;Availability&#xff09;和分区容错性&#xff08;Partition Tolerance&#xff09;三个核心要素。 微服务是分布式系统的一种表现形式&#xff0c;以及用户对于系统是分…...

编程日记 2025/6/3 10:15:16

正则表达式 - 简介

正则表达式 - 简介 正则表达式&#xff08;Regular Expression&#xff0c;简称Regex&#xff09;是一种用于处理字符串的强大工具&#xff0c;它允许我们按照特定的模式&#xff08;pattern&#xff09;来搜索、匹配、查找和替换文本。正则表达式广泛应用于各种编程语言和工具…...

编程日记 2025/6/4 2:10:45