JPDA简介
所有的程序员都会遇到 bug，对于运行态的错误，我们往往需要一些方法来观察和测试运行态中的环境，作为一名开发人员，最基本的技能就是要掌握语言在不同IDE的Debug技能，有时甚至不用 IDE 提供的图形界面，使用 JDK 自带的 jdb 工具，以文本命令的形式来调试 Java 程序。这些形形色色的调试器都支持本地和远程的程序调试，那么它们是如何被开发的？它们之间存在着什么样的联系呢？
Java 程序都是运行在 Java 虚拟机上的，我们要调试 Java 程序，事实上就需要向 Java 虚拟机请求当前运行态的状态，并对虚拟机发出一定的指令，设置一些回调等等，那么 Java 的调试体系——JPDA，就是虚拟机的一整套用于调试的工具和接口。顾名思义，这个体系为开发人员提供了 一整套用于调试 Java 程序的 API，是一套用于开发 Java 调试工具的接口和协议。
JPDA（Java Platform Debugger Architecture）即Java平台调试体系，是专门为Java虚拟机的调试和监控设计的API接口，它是我们通向虚拟机，考察虚拟机运行态的一个通道，一套工具；
JPDA按照抽象层次，又分为三层，分别是：
JVM TI - Java VM Tool Interface，JVM工具接口，虚拟机对外暴露的接口，包括debug和profile；
JDWP - Java Debug Wire Protocol，Java调试线协议，调试器和应用之间通信的协议；
JDI - Java Debug Interface，Java调试接口，实现了JDWP协议的客户端，调试器可以用来和远程调试应用程序；
这三个模块把调试过程分解成几个很自然的概念：
调试者（debugger）：调试者定义了用户可使用的调试接口，通过这些接口，用户可以对被调试虚拟机发送调试命令，同时调试者接受并显示调试结果；
被调试者（debuggee）：被调试者运行于我们想调试的Java 虚拟机之上，它可以通过 JVMTI 这个标准接口，监控当前虚拟机的信息；
通信器：在调试者和被调试着之间，调试命令和调试结果，都是通过JDWP 的通讯协议传输的：所有的命令被封装成JDWP 命令包，通过传输层发送给被调试者，被调试者接收到 JDWP 命令包后，解析这个命令并转化为 JVMTI 的调用，在被调试者上运行；JVMTI的运行结果，被格式化成JDWP 数据包，发送给调试者并返回给 JDI 调用。而调试器开发人员就是通过 JDI 得到数据，发出指令；
JVM TI
JVMTI（Java Virtual Machine Tool Interface）即指 Java 虚拟机工具接口，它是一套由虚拟机直接提供的 native 接口（ JVM通过c语言对外提供的一组接口），它处于整个 JPDA 体系的最底层，所有调试功能本质上都需要通过 JVMTI 来提供。
通过这些接口，开发人员不仅调试在该虚拟机上运行的 Java 程序，还能查看它们运行的状态，设置回调函数，控制某些环境变量，从而优化程序性能。
JVMTI 的前身是 JVMDI （ Java Virtual Machine DebugInterface ）和 JVMPI（ Java Virtual Machine ProfilerInterface ），它们原来分别被用于提供调试 Java 程序以及 Java 程序调节性能的功能。在 J2SE 5.0 之后 JDK 取代了 JVMDI 和 JVMPI 这两套接口；
JVMTI的调用
一般采用建立一个 Agent 的方式来使用 JVMTI，这个Agent的表现形式是一个以c/c++语言编写的动态链接库。
把 Agent 编译成一个动态链接库，Java启动或运行时，动态加载一个外部基于JVMTI 编写的dynamic module到Java进程内，然后触发 JVM源生线程Attach Listener来执行这个dynamic module的回调函数 。在回调函数体内，可以 获取各种各样的JVM级信息，注册感兴趣的JVM事件，甚至控制JVM行为。
JVMTI的启动
JVMTI有两种启动方式：
启动时载入：随Java进程启动时，自动载入共享库；启动时载入，处于虚拟机初始化的早期，在这个时间点上所有的 Java 类都未被初始化，所有的 Java 对象实例都未被创建， 因而没有任何 Java 代码被执行；
java -agentlib:foo=opt1,opt2：java启动时会从linux的LD_LIBRARY_PATH或windows的PATH环境变量定义的路径处装载foo.so或foo.dll；
java -agentpath:/home/admin/agentlib/foo.so=opt1,opt2：以绝对路径的方式装载共享库；
运行时载入：Java运行时，通过attach api动态载入；运行时载入，通过attach api，这是一套纯Java的API，它负责动态地将dynamic module attach到指定进程id的Java进程内并触发回调，Attach API位于$JAVA_HOME/lib/tools.jar，所以在编译时，需要将这个jar放入classpath；
JDWP
JDWP（Java Debug Wire Protocol）是一个为 Java 调试而设计的一个通讯交互协议，它定义了调试器和被调试程序之间传递的信息的格式。
在 JPDA 体系中，作为前端（front-end）的调试者（debugger）进程和后端（back-end）的被调试程序（debuggee）进程之间的交互数据的格式就是由 JDWP 来描述的，它详细完整地定义了请求命令、回应数据和错误代码，保证了前端和后端的JVMTI和 JDI 的通信通畅。
比如在 Sun 公司提供的实现中，它提供了一个名为 jdwp.dll（jdwp.so）的动态链接库文件，这个动态库文件实现了一个 Agent，它会负责解析前端发出的请求或者命令，并将其转化为 JVMTI 调用，然后将 JVMTI 函数的返回值封装成 JDWP 数据发还给后端。
JDI
JDI（Java Debug Interface）是三个模块中最高层的接口，在多数的 JDK 中，它是由 Java 语言实现的。
JDI 由针对前端定义的接口组成，通过它，调试工具开发人员就能通过前端虚拟机上的调试器来远程操控后端虚拟机上被调试程序的运行，JDI 不仅能帮助开发人员格式化 JDWP 数据，而且还能为 JDWP 数据传输提供队列、缓存等优化服务。
从理论上说，开发人员只需使用 JDWP 和 JVMTI 即可支持跨平台的远程调试，但是直接编写 JDWP 程序费时费力，而且效率不高。因此基于 Java 的 JDI 层的引入，简化了操作，提高了开发人员开发调试程序的效率。
总结
由于Java 的运行态已经被虚拟机所很好地管理，因此作为Java 的 Debugger无需再自己创造一个可控的运行态，而仅仅需要去操作虚拟机就可以了。Java 的 JPDA 就是一套为调试和优化服务的虚拟机的操作工具，其中，JVMTI是整合在虚拟机中的接口，JDWP 是一个通讯层，而JDI 是前端为开发人员准备好的工具和运行库。
从构架上说，我们可以把JPDA 看作成是一个C/S 体系结构的应用，在这个构架下，我们可以方便地通过网络，在任意的地点调试另外一个虚拟机上的程序，这个就很好地解决了部署和测试的问题，尤其满足解决了很多网络时代中的开发应用的需求。前端和后端的分离，也方便用户开发适合于自己的调试工具。
从效率上看，由于Java 程序本身就是编译成字节码，运行在虚拟机上的，因此调试前后的程序、内存占用都不会有大变化（仅仅是启动一个JDWP 所需要的内存），任意程度都可以很好地调试，非常方便。而JPDA 构架下的几个组成部分，JDWP 和 JDI 都比较小，主要的工作可以让虚拟机自己完成。
从灵活性上，Java 调试工具是建立在强大的虚拟机上的，因此，很多前沿的应用，比如动态编译运行，字节码的实时替换等等，都可以通过对虚拟机的改进而得到实现。随着虚拟机技术的逐步发展和深入，各种不同种类，不同应用领域中虚拟机的出现，各种强大的功能的加入，给我们的调试工具也带来很多新的应用。
总而言之，一个先天的，可控的运行态给Java 的调试工作，给Java 调试接口带来了极大的优势和便利。通过JPDA 这个标准，我们可以从虚拟机中得到我们所需要的信息，完成我们所希望的操作，更好地开发我们的程序。
