InetAddress.getLocalHost() 執行很慢？
背景介紹
某次在 SpringBoot 2.2.0 項目的一個配置類中引入了這麼一行代碼：
InetAddress.getLocalHost().getHostAddress()導致項目啟動明顯變慢。同時報出了相關的警告信息：
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).
根據報警信息可知，只要獲取主機信息的耗時超過了閾值HOST_NAME_RESOLVE_THRESHOLD=200ms，就會提示這個信息。很明顯，我們的耗時已經超過5s。同時，如果為 Mac 系統，還會貼心地提示在/etc/hosts文件中配置本地dns。
我們看看目前hosts文件中的配置：
127.0.0.1 localhost
255.255.255.255 broadcasthost
::1 localhost
根據網上各種文章的提示，我們將主機名追加進去，變成這樣：
127.0.0.1 localhost xiaoxi666s-MacBook-Pro.local
255.255.255.255 broadcasthost
::1 localhost其中，xiaoxi666s-MacBook-Pro.local 就是我的主機名。
註：更改hosts文件內容後，可使用命令
sudo killall -HUP mDNSResponder刷新dns，無需重啟電腦。
再次啟動 SpringBoot 程序，我們發現警告信息消失了，也就意味着主機信息獲取的耗時不會超過200ms。
那麼問題來了，這背後究竟是什麼機制，讓我們一探究竟。
使用Wireshark抓包看看
由於我們要獲取自己的主機信息，這裡走的是本地迴環網絡，因此選中Loopback網絡接口：
先把hosts改回去，抓一下hosts文件改動前的網絡包：
按照時間順序，可以將抓到的網絡包分為三段，每段中又可以分為Ipv4和Ipv6兩種地址的請求。
其中用到的協議是 mdns，也即多播dns（Multicast DNS），它主要實現了在沒有傳統 dns 服務器的情況下使局域網內的主機實現相互發現和通信，使用的端口為 5353，遵從 dns 協議。隨便點開一個請求查看詳情便可以得到驗證：
另外，網絡包中的目標ip 224.0.0.251是 Mac 的官方 mdns 查詢地址，詳情可參見//github.com/apple-oss-distributions/mDNSResponder/tree/mDNSResponder-1096.100.3
實際多次測試發現，主機信息都在第三次發送網絡包後返回（阻塞在 InetAddress.getLocalHost() 方法上。參見下圖，阻塞在第18行，5秒後才跳到第19行）。從上圖的時間線看，約在8秒時返回，整體耗時與上面報出的 5007ms 吻合。再仔細觀察網絡包，看起來是連續發了三次請求。第一次在 3.1s 時發出，第二次在 4.1s 時發出，第三次在 7.1s 時發出，重試間隔分別為 1s 和 3s，看起來像是一種指數退避的重試。當然，8秒左右時返回結果，就對應第一次請求，剩下兩次請求的結果被忽略了。
我們再看看hosts中添加主機信息後，對應的網絡包：
啊噢，這次沒有抓到任何相關的網絡包，猜測直接讀取了hosts文件拿到了主機名，根本沒走網絡。
那麼，這段獲取主機信息的程序究竟是怎麼運作的呢，hosts文件中沒有添加主機名時，時間都耗在了哪裡？
看看對應的源碼
源碼比較好找，參見下圖：
我們再次把hosts中的主機名去掉，並使用 Arthas 工具的 trace 命令看看鏈路耗時：
提示：如果抓包時出現 No class or method is affected 的報錯，可查看對應的日誌文件進行排查，見下圖：
可知需要提升下權限，執行命令 options unsafe true 後，再嘗試使用 trace命令即可。
但好巧不巧，居然抓不到調用鏈？那我們試試用 Arthas 的 profiler 命令生成一下火焰圖吧：
可以看到很多編譯相關的，我們忽略之，只把主機信息獲取的那部分放大：
哦吼，時間基本都耗在了 InetAddress.getAddressesFromNameService 這行代碼：
往下追溯，可知時間基本耗在了 nameService.lookupAllHostAddr：
再往下就到了native方法：
於是我們到 jdk 源碼中看看（我用的 jdk8）：
接下來需要找 getaddrinfo 的實現，由於不知道具體的實現源碼在哪裡，於是我們在網上找一下 Linux 系統的源碼作為參考，參見：//codebrowser.dev/glibc/glibc/sysdeps/posix/getaddrinfo.c.html#getaddrinfo
內部的具體實現基本都是和操作系統交互，我們簡單瞄幾眼就行。另外，在 getaddrinfo 源碼中沒有找到火焰圖給出的調用鏈，我們暫時不再深入。
目前，我們知道了方法 getaddrinfo 會被調用，因此簡單寫段 c 程序復現一下：
#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){
// 打印耗時（異常情況）
gettimeofday(&end, NULL);
printf("times=%d\n", end.tv_usec - start.tv_usec);
printf("error %d : %s\n", err, gai_strerror(err));
return 1;
}
// 打印耗時（正常情況）
gettimeofday(&end, NULL);
printf("times=%d\n", end.tv_usec - start.tv_usec);
addr.s_addr = ((sockaddr_in*)(res->ai_addr))->sin_addr.s_addr;
printf("ip addresss: %s\n", inet_ntoa(addr));
freeaddrinfo(res);
return 0;
}
其中的 hostname 即為主機名 xiaoxi666s-MacBook-Pro.local，我們在 Java 項目中調試時也可以看到，上面的程序中直接將其寫死。
運行程序，對比下 hosts 文件中 沒有添加主機名 和 添加主機名後的輸出結果：
# hosts 文件中沒有添加主機名
times=6431
error 8 : nodename nor servname provided, or not known
# hosts 文件中添加主機名
times=1789
ip addresss: 127.0.0.1
可以看到，當 hosts 文件中沒有添加主機名時，根本找不到對應的網絡地址（因為 dns 中也沒有解析到），添加之後就能返回對應的 ip 127.0.0.1 了。
這裡有幾個地方需要注意：
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即使 hosts 文件中添加主機名，標準 Linux 的 getaddrinfo 方法執行時，也會有接近兩秒的耗時，但我們在 Java 代碼中運行時卻只有幾十毫秒；
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前文我們使用 Wireshark 抓包時提到，mdns 查詢時存在重試機制，但標準 Linux 的 getaddrinfo 方法中沒有看到對應的代碼；
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前面提到的5秒返回結果，其實不是返回結果，而是超時了。但標準 Linux 的 getaddrinfo 方法中沒有看到對應的超時控制代碼；
因此，我們可以大膽猜測 MaxOS 系統對標準 Linux 代碼進行了修改，加了本地緩存、重試、超時等機制。
接着上面的第3點，回到 Java 項目調試一下，看看為什麼超時了還能返回結果。
當 hosts 文件中沒有添加主機名時，會返回本機所有的 ip 地址：
當 hosts 文件中添加主機名後，只會返回配置的 127.0.01 的 ip 地址：
其中，當 hosts 文件中沒有添加主機名時，getaddrinfo 調用返回錯誤碼，此時 jdk 會轉而調用 lookupIfLocalhost 方法，它內部調用了操作系統的 getifaddrs 方法，以獲取本機所有 ip 地址：
對應的源碼可以參考//codebrowser.dev/glibc/glibc/sysdeps/unix/sysv/linux/ifaddrs.c.html。
總結
本文以 Java 中獲取主機名慢的場景為契機，使用多種技術手段研究背後的原理，包括使用 Wireshark 抓包，使用 Arthas 工具定位到性能瓶頸，再轉到 jdk 中查看對應的 native 方法實現，由於沒找到最底層調用鏈路源碼，轉而參照標準Linux的相關源碼，簡單復現了上述場景。
進一步地，由於沒找到最底層調用鏈路源碼，我們根據現象猜測的本地緩存、重試、超時等機制沒有得到驗證，有興趣的同學可以進一步研究探索。
