InetAddress.getLocalHost() 执行很慢？

2023-03-31 12:43:59 浏览数 (1)

背景介绍

某次在 SpringBoot 2.2.0 项目的一个配置类中引入了这么一行代码：

代码语言：javascript复制
InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()

导致项目启动明显变慢。同时报出了相关的警告信息：

2022-10-03 23:32:01.806 [TID: N/A] WARN [main] o.s.b.StartupInfoLogger - InetAddress.getLocalHost().getHostName() took 5007 milliseconds to respond. Please verify your network configuration (macOS machines may need to add entries to /etc/hosts).

 根据报警信息可知，只要获取主机信息的耗时超过了阈值HOST_NAME_RESOLVE_THRESHOLD=200ms，就会提示这个信息。很明显，我们的耗时已经超过5s。同时，如果为 Mac 系统，还会贴心地提示在/etc/hosts文件中配置本地dns。

我们看看目前hosts文件中的配置：

代码语言：javascript复制
127.0.0.1	localhost
255.255.255.255	broadcasthost
::1             localhost

根据网上各种文章的提示，我们将主机名追加进去，变成这样：

代码语言：javascript复制
127.0.0.1	localhost xiaoxi666s-MacBook-Pro.local
255.255.255.255	broadcasthost
::1             localhost

其中，xiaoxi666s-MacBook-Pro.local 就是我的主机名。

注：更改hosts文件内容后，可使用命令 sudo killall -HUP mDNSResponder 刷新dns，无需重启电脑。

再次启动 SpringBoot 程序，我们发现警告信息消失了，也就意味着主机信息获取的耗时不会超过200ms。

那么问题来了，这背后究竟是什么机制，让我们一探究竟。

使用Wireshark抓包看看

由于我们要获取自己的主机信息，这里走的是本地回环网络，因此选中Loopback网络接口：

先把hosts改回去，抓一下hosts文件改动前的网络包：

按照时间顺序，可以将抓到的网络包分为三段，每段中又可以分为Ipv4和Ipv6两种地址的请求。

其中用到的协议是 mdns，也即多播dns（Multicast DNS），它主要实现了在没有传统 dns 服务器的情况下使局域网内的主机实现相互发现和通信，使用的端口为 5353，遵从 dns 协议。随便点开一个请求查看详情便可以得到验证：

另外，网络包中的目标ip 224.0.0.251是 Mac 的官方 mdns 查询地址，详情可参见https://github.com/apple-oss-distributions/mDNSResponder/tree/mDNSResponder-1096.100.3

实际多次测试发现，主机信息都在第三次发送网络包后返回（阻塞在 InetAddress.getLocalHost() 方法上。参见下图，阻塞在第18行，5秒后才跳到第19行）。从上图的时间线看，约在8秒时返回，整体耗时与上面报出的 5007ms 吻合。再仔细观察网络包，看起来是连续发了三次请求。第一次在 3.1s 时发出，第二次在 4.1s 时发出，第三次在 7.1s 时发出，重试间隔分别为 1s 和 3s，看起来像是一种指数退避的重试。当然，8秒左右时返回结果，就对应第一次请求，剩下两次请求的结果被忽略了。

我们再看看hosts中添加主机信息后，对应的网络包：

啊噢，这次没有抓到任何相关的网络包，猜测直接读取了hosts文件拿到了主机名，根本没走网络。

那么，这段获取主机信息的程序究竟是怎么运作的呢，hosts文件中没有添加主机名时，时间都耗在了哪里？

看看对应的源码

源码比较好找，参见下图：

我们再次把hosts中的主机名去掉，并使用 Arthas 工具的 trace 命令看看链路耗时：

提示：如果抓包时出现 No class or method is affected 的报错，可查看对应的日志文件进行排查，见下图：

可知需要提升下权限，执行命令 options unsafe true 后，再尝试使用 trace命令即可。

但好巧不巧，居然抓不到调用链？那我们试试用 Arthas 的 profiler 命令生成一下火焰图吧：

可以看到很多编译相关的，我们忽略之，只把主机信息获取的那部分放大：

哦吼，时间基本都耗在了 InetAddress.getAddressesFromNameService 这行代码：

往下追溯，可知时间基本耗在了 nameService.lookupAllHostAddr：

再往下就到了native方法：

于是我们到 jdk 源码中看看（我用的 jdk8）：

接下来需要找 getaddrinfo 的实现，由于不知道具体的实现源码在哪里，于是我们在网上找一下 Linux 系统的源码作为参考，参见：https://codebrowser.dev/glibc/glibc/sysdeps/posix/getaddrinfo.c.html#getaddrinfo

内部的具体实现基本都是和操作系统交互，我们简单瞄几眼就行。另外，在 getaddrinfo 源码中没有找到火焰图给出的调用链，我们暂时不再深入。

目前，我们知道了方法 getaddrinfo 会被调用，因此简单写段 c 程序复现一下：

代码语言：javascript复制
#include<sys/time.h>
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

using namespace std;

int main(){
  char* hostname = "xiaoxi666s-MacBook-Pro.local";

  addrinfo hints, *res;
  in_addr addr;
  int err;

  struct timeval start, end;
  gettimeofday(&start, NULL);

  memset(&hints, 0, sizeof(addrinfo));
  hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
  hints.ai_family = AF_INET;
  if((err = getaddrinfo(hostname, NULL, &hints, &res)) != 0){
    // 打印耗时（异常情况）
    gettimeofday(&end, NULL);
    printf("times=%dn", end.tv_usec - start.tv_usec);

    printf("error %d : %sn", err, gai_strerror(err));
    return 1;
  }
  // 打印耗时（正常情况）
  gettimeofday(&end, NULL);
  printf("times=%dn", end.tv_usec - start.tv_usec);

  addr.s_addr = ((sockaddr_in*)(res->ai_addr))->sin_addr.s_addr;
  printf("ip addresss: %sn", inet_ntoa(addr));
  
  freeaddrinfo(res);
  return 0;
}

其中的 hostname 即为主机名 xiaoxi666s-MacBook-Pro.local，我们在 Java 项目中调试时也可以看到，上面的程序中直接将其写死。

运行程序，对比下 hosts 文件中 没有添加主机名 和 添加主机名后的输出结果：

代码语言：javascript复制
# hosts 文件中没有添加主机名

times=6431
error 8 : nodename nor servname provided, or not known
代码语言：javascript复制
# hosts 文件中添加主机名

times=1789
ip addresss: 127.0.0.1

可以看到，当 hosts 文件中没有添加主机名时，根本找不到对应的网络地址（因为 dns 中也没有解析到），添加之后就能返回对应的 ip 127.0.0.1 了。

这里有几个地方需要注意：

  1. 即使 hosts 文件中添加主机名，标准 Linux 的 getaddrinfo 方法执行时，也会有接近两秒的耗时，但我们在 Java 代码中运行时却只有几十毫秒；
  2. 前文我们使用 Wireshark 抓包时提到，mdns 查询时存在重试机制，但标准 Linux 的 getaddrinfo 方法中没有看到对应的代码；
  3. 前面提到的5秒返回结果，其实不是返回结果，而是超时了。但标准 Linux 的 getaddrinfo 方法中没有看到对应的超时控制代码；

因此，我们可以大胆猜测 MaxOS 系统对标准 Linux 代码进行了修改，加了本地缓存、重试、超时等机制。

接着上面的第3点，回到 Java 项目调试一下，看看为什么超时了还能返回结果。

当 hosts 文件中没有添加主机名时，会返回本机所有的 ip 地址：

当 hosts 文件中添加主机名后，只会返回配置的 127.0.01 的 ip 地址：

其中，当 hosts 文件中没有添加主机名时，getaddrinfo 调用返回错误码，此时 jdk 会转而调用 lookupIfLocalhost 方法，它内部调用了操作系统的 getifaddrs 方法，以获取本机所有 ip 地址：

对应的源码可以参考https://codebrowser.dev/glibc/glibc/sysdeps/unix/sysv/linux/ifaddrs.c.html。

总结

本文以 Java 中获取主机名慢的场景为契机，使用多种技术手段研究背后的原理，包括使用 Wireshark 抓包，使用 Arthas 工具定位到性能瓶颈，再转到 jdk 中查看对应的 native 方法实现，由于没找到最底层调用链路源码，转而参照标准Linux的相关源码，简单复现了上述场景。

进一步地，由于没找到最底层调用链路源码，我们根据现象猜测的本地缓存、重试、超时等机制没有得到验证，有兴趣的同学可以进一步研究探索。

参考文章

如何查找 jdk 中的 native 实现 从Chrome源码看DNS解析过程 getaddrinfo工作原理分析 浅谈getaddrinfo函数的超时处理机制

linux dns tcp/ip jdk java

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