JDK的命令行工具系列 (三) jhat、jstack

jhat: heapdump文件分析工具

在前两篇系列文章JDK的命令行工具系列 (一) jps、jstat、JDK的命令行工具系列 (二) javap、jinfo、jmap中, 我们已经介绍过了jps、jmap这些命令行工具的使用, 所以这里就不在多做说明, 直接演示jhat的使用。

代码清单:

public class JhatDemo {
    Integer i = 6;
    public static void main(String[] args) {
        String str = "qingshanli";
        while(true) {
            System.out.println(str);
        }
    }
}

命令行下:  

//查看java进程的pid
C:\Users\liqingshan>jps -l
12816
14352 org.apache.catalina.startup.Bootstrap
15924 sun.tools.jps.Jps
14184 JhatDemo
14092 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher

//生成heapdump文件, 文件名为JhatDemo_heapdump
C:\Users\liqingshan>jmap -dump:format=b,file=JhatDemo_heapdump 14184
Dumping heap to C:\Users\liqingshan\JhatDemo_heapdump ...
Heap dump file created

//解析heapdump文件, 并启动一个HTTP/HTML服务器, 默认端口号为7000
C:\Users\liqingshan>jhat JhatDemo_heapdump
Reading from JhatDemo_heapdump...
Dump file created Mon Jul 16 20:17:19 GMT+08:00 2018
Snapshot read, resolving...
Resolving 516681 objects...
Chasing references, expect 103 dots.......................................................................................................
Eliminating duplicate references.......................................................................................................
Snapshot resolved.
Started HTTP server on port 7000
Server is ready.

在浏览器中输入地址: http://localhost:7000, 就可以在页面查看堆转储快照详细信息。

其中Show heap histogram选项可以查看堆的对象数量、内存大小、类的全限定名。

 

jstack: Java堆栈跟踪工具

由于在网上已经有关于jstack的优质博客文章, 所以这里就不重复造轮子了, 下面所有有关jstack的内容均转载自:  Java命令学习系列（二）——Jstack-HollisChuang's Blog。

概述

jstack命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照(也叫thread dump文件)。线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合，生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因，如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等都是导致线程长时间停顿的原因。 线程出现停顿的时候通过jstack来查看各个线程的调用堆栈，就可以知道没有响应的线程到底在后台做什么事情，或者等待什么资源。

Monitor

在多线程的JAVA程序中，实现线程之间的同步，就要说说 Monitor。 Monitor是 Java中用以实现线程之间的互斥与协作的主要手段，它可以看成是对象或者 Class的锁。每一个对象都有，也仅有一个 monitor。下面这个图，描述了线程和 Monitor之间关系，以 及线程的状态转换图：

进入区(Entry Set): 表示线程通过synchronized要求获取对象的锁。如果对象未被锁住,则冲入拥有者;否则则在进入区等待。一旦对象锁被其他线程释放,立即参与竞争。

拥有者(The Owner): 表示某一线程成功竞争到对象锁。

等待区(Wait Set): 表示线程通过对象的wait方法,释放对象的锁,并在等待区等待被唤醒。

从图中可以看出，一个 Monitor在某个时刻，只能被一个线程拥有，该线程就是 “Active Thread”，而其它线程都是 “Waiting Thread”，分别在两个队列 “ Entry Set”和 “Wait Set”里面等候。在 “Entry Set”中等待的线程状态是 “BLOCKED”，而在 “Wait Set”中等待的线程状态是 “WAITING"或"TIMED_WAITING”。 先看 “Entry Set”里面的线程。我们称被 synchronized保护起来的代码段为临界区。当一个线程申请进入临界区时，它就进入了 “Entry Set”队列。

线程动作 (线程状态产生的原因)

• runnable: 状态一般为RUNNABLE。
• in Object.wait(): 等待区等待,状态为WAITING或TIMED_WAITING。
• waiting for monitor entry: 进入区等待,状态为BLOCKED。
• waiting on condition: 等待区等待、被park。等待某个资源或条件发生来唤醒自己。
• sleeping: 休眠的线程,调用了Thread.sleep()。

线程状态

• NEW: 未启动的。不会出现在Dump中。
• RUNNABLE: 在虚拟机内执行的。
• BLOCKED: 受阻塞并等待监视器锁。
• WATING: 无限期等待另一个线程执行特定操作。
• TIMED_WATING: 有时限的等待另一个线程的特定操作。
• TERMINATED: 已退出的。

调用修饰

调用修饰表示线程在调用方法时额外的重要操作, 它是线程dump分析的重要工具, 用来修饰方法调用。

• locked <地址> 目标：使用synchronized申请对象锁成功,监视器的拥有者。
• waiting to lock <地址> 目标：使用synchronized申请对象锁未成功,在冲入区等待。
• waiting on <地址> 目标：使用synchronized申请对象锁成功后,释放锁并在等待区等待。
• parking to wait for <地址> 目标

locked

at oracle.jdbc.driver.PhysicalConnection.prepareStatement
- locked <0x00002aab63bf7f58> (a oracle.jdbc.driver.T4CConnection)
at oracle.jdbc.driver.PhysicalConnection.prepareStatement
- locked <0x00002aab63bf7f58> (a oracle.jdbc.driver.T4CConnection)
at com.jiuqi.dna.core.internal.db.datasource.PooledConnection.prepareStatement

通过synchronized关键字,成功获取到了对象的锁,成为监视器的拥有者,在临界区内操作。对象锁是可以线程重入的。

waiting to lock

at com.jiuqi.dna.core.impl.CacheHolder.isVisibleIn(CacheHolder.java:165)
- waiting to lock <0x0000000097ba9aa8> (a CacheHolder)
at com.jiuqi.dna.core.impl.CacheGroup$Index.findHolder
at com.jiuqi.dna.core.impl.ContextImpl.find
at com.jiuqi.dna.bap.basedata.common.util.BaseDataCenter.findInfo

通过synchronized关键字,没有获取到对象的锁,线程在监视器的冲入区等待。在调用栈顶出现,线程状态为Blocked。

waiting on

at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x00000000da2defb0> (a WorkingThread)
at com.jiuqi.dna.core.impl.WorkingManager.getWorkToDo
- locked <0x00000000da2defb0> (a WorkingThread)
at com.jiuqi.dna.core.impl.WorkingThread.run

通过synchronized关键字,成功获取到了对象的锁后,调用了wait方法,进入对象的等待区等待。在调用栈顶出现,线程状态为WAITING或TIMED_WATING。

parking to wait for

park是基本的线程阻塞原语,不通过监视器在对象上阻塞。随concurrent包会出现的新的机制, 和synchronized体系不同。

线程dump分析

冲入区等待

"d&a-3588" daemon waiting for monitor entry [0x000000006e5d5000] //线程动作,冲入区等待
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor) //线程状态
at com.jiuqi.dna.bap.authority.service.UserService$LoginHandler.handle()
- waiting to lock <0x0000000602f38e90> (a java.lang.Object) //方法调用修饰
at com.jiuqi.dna.bap.authority.service.UserService$LoginHandler.handle()

线程状态BLOCKED,线程动作wait on monitor entry,调用修饰waiting to lock总是一起出现。表示在代码级别已经存在冲突的调用。必然有问题的代码,需要尽可能减少其发生。

同步块阻塞

"blocker" runnable //线程动作
java.lang.Thread.State: RUNNABLE //线程状态
at com.jiuqi.hcl.javadump.Blocker$1.run(Blocker.java:23)
- locked <0x00000000eb8eff68> (a java.lang.Object) //方法调用修饰
"blockee-11" waiting for monitor entry  //线程动作,冲入区等待
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor) //线程状态
at com.jiuqi.hcl.javadump.Blocker$2.run(Blocker.java:41)
- waiting to lock <0x00000000eb8eff68> (a java.lang.Object) //方法调用修饰
"blockee-86" waiting for monitor entry //线程动作, 冲入区等待
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor) //线程状态, 阻塞
at com.jiuqi.hcl.javadump.Blocker$2.run(Blocker.java:41) 
- waiting to lock <0x00000000eb8eff68> (a java.lang.Object) //方法调用修饰

一个线程锁住某对象,大量其他线程在该对象上等待。

持续运行的IO

"d&a-614" daemon prio=6 tid=0x0000000022f1f000 nid=0x37c8 runnable //线程动作
[0x0000000027cbd000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE //线程状态
at java.net.SocketInputStream.socketRead0(Native Method)
at java.net.SocketInputStream.read(Unknown Source)
at oracle.net.ns.Packet.receive(Packet.java:240)
at oracle.net.ns.DataPacket.receive(DataPacket.java:92)
at oracle.net.ns.NetInputStream.getNextPacket(NetInputStream.java:172)
at oracle.net.ns.NetInputStream.read(NetInputStream.java:117)
at oracle.jdbc.driver.T4CMAREngine.unmarshalUB1(T4CMAREngine.java:1034)
at oracle.jdbc.driver.T4C8Oall.receive(T4C8Oall.java:588)

IO操作是可以以RUNNABLE状态达成阻塞。例如:数据库死锁、网络读写。 格外注意对IO线程的真实状态的分析。 一般来说,被捕捉到RUNNABLE的IO调用,都是有问题的。

以上堆栈显示： 线程状态为RUNNABLE。 调用栈在SocketInputStream或SocketImpl上,socketRead0等方法。 调用栈包含了jdbc相关的包。很可能发生了数据库死锁。

分线程调度的休眠

正常的线程池等待

"d&a-131" in Object.wait() //线程动作
java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (on object monitor) //线程状态
at java.lang.Object.wait(Native Method)
at com.jiuqi.dna.core.impl.WorkingManager.getWorkToDo(WorkingManager.java:322)
- locked <0x0000000313f656f8> (a com.jiuqi.dna.core.impl.WorkingThread) //方法调用修饰,使用synchronized申请对象锁成功,监视器的拥有者
at com.jiuqi.dna.core.impl.WorkingThread.run(WorkingThread.java:40)

可疑的线程等待

"d&a-121" in Object.wait() //线程动作
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor) //线程状态
at java.lang.Object.wait(Native Method)
at java.lang.Object.wait(Object.java:485)
at com.jiuqi.dna.core.impl.AcquirableAccessor.exclusive()
- locked <0x00000003011678d8> (a com.jiuqi.dna.core.impl.CacheGroup) //方法调用修饰,使用synchronized申请对象锁成功,监视器的拥有者
at com.jiuqi.dna.core.impl.Transaction.lock()

命令格式

C:\Users\liqingshan>jstack -h
Usage:
    jstack [-l] 
        (to connect to running process)
    jstack -F [-m] [-l] 
        (to connect to a hung process)
    jstack [-m] [-l]  
        (to connect to a core file)
    jstack [-m] [-l] [server_id@]
        (to connect to a remote debug server)

Options:
    -F  to force a thread dump. Use when jstack  does not respond (process is hung)
    -m  to print both java and native frames (mixed mode)
    -l  long listing. Prints additional information about locks
    -h or -help to print this help message

死锁代码清单:

public class JStackDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new DeadLockclass(true));
        Thread t2 = new Thread(new DeadLockclass(false));
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class DeadLockclass implements Runnable {
    public boolean falg;
    DeadLockclass(boolean falg) {
        this.falg = falg;
    }
    public void run() {
        if (falg) {
            while (true) {
                synchronized (Suo.o1) {
                    System.out.println("o1 " + Thread.currentThread().getName());
                    synchronized (Suo.o2) {
                        System.out.println("o2 " + Thread.currentThread().getName());
                    }
                }
            }
        } else {
            while (true) {
                synchronized (Suo.o2) {
                    System.out.println("o2 " + Thread.currentThread().getName());
                    synchronized (Suo.o1) {
                        System.out.println("o1 " + Thread.currentThread().getName());
                    }
                }
            }
        }
    }
}

class Suo {
    static Object o1 = new Object();
    static Object o2 = new Object();
}

jstack命令查看堆栈信息

javac编译、java运行, 如下程序运行中产生死锁: 

jps -l 查看java进程pid为15548, jstack -l 15548 查看线程堆栈信息, 部分截图如下: 

补充

虚拟机执行Full GC时,会阻塞所有的用户线程。因此,即时获取到同步锁的线程也有可能被阻塞。 所以在查看线程Dump时, 应先查看内存使用情况。

参考资料

Java同步机制之Monitor监视器与syncrhoized实现原理

jstack日志深入理解

Java命令学习系列（五）——jhat-HollisChuang's Blog

Java命令学习系列（二）——Jstack-HollisChuang's Blog

Java多线程:  synchronized的可重入性

《深入理解Java虚拟机》