Java程序：jstack

前言

如果有一天，你的Java程序长时间停顿，也许是它病了，需要用jstack拍个片子分析分析，才能诊断具体什么病症，是死锁综合征，还是死循环等其他病症，本文我们一起来学习jstack命令~

• jstack 的功能

• jstack用法

• 线程状态等基础回顾

• 实战案例1：jstack 分析死锁

• 实战案例2：jstack 分析CPU 过高

jstack 的功能

jstack是JVM自带的Java堆栈跟踪工具，它用于打印出给定的java进程ID、core file、远程调试服务的Java堆栈信息.

1. jstack prints Java stack traces of Java threads for a given Java process or

2. core file or a remote debug server.

• jstack命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照。

• 线程快照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问题。

• 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。

• 如果java程序崩溃生成core文件，jstack工具可以用来获得core文件的java stack和native stack的信息，从而可以轻松地知道java程序是如何崩溃和在程序何处发生问题。

• 另外，jstack工具还可以附属到正在运行的java程序中，看到当时运行的java程序的java stack和native stack的信息, 如果现在运行的java程序呈现hung的状态，jstack是非常有用的。

jstack用法

jstack 命令格式如下

1. jstack [ option ] pid

2. jstack [ option ] executable core

3. jstack [ option ] [server-id@]remote-hostname-or-IP

• executable Java executable from which the core dump was produced.(可能是产生core dump的java可执行程序)

• core 将被打印信息的core dump文件

• remote-hostname-or-IP 远程debug服务的主机名或ip

• server-id 唯一id,假如一台主机上多个远程debug服务

最常用的是

1. jstack [option] // 打印某个进程的堆栈信息

option参数说明如下：

选项	作用
-F	当正常输出的请求不被响应时，强制输出线程堆栈
-m	如果调用到本地方法的话，可以显示C/C++的堆栈
-l	除堆栈外，显示关于锁的附加信息，在发生死锁时可以用jstack -l pid来观察锁持有情况

线程状态等基础回顾

线程状态简介

jstack用于生成线程快照的，我们分析线程的情况，需要复习一下线程状态吧，拿小凳子坐好，复习一下啦~

Java语言定义了6种线程池状态：

• New：创建后尚未启动的线程处于这种状态，不会出现在Dump中。

• RUNNABLE：包括Running和Ready。线程开启start（）方法，会进入该状态，在虚拟机内执行的。

• Waiting：无限的等待另一个线程的特定操作。

• Timed Waiting：有时限的等待另一个线程的特定操作。

• 阻塞（Blocked）：在程序等待进入同步区域的时候，线程将进入这种状态，在等待监视器锁。

• 结束（Terminated）：已终止线程的线程状态，线程已经结束执行。

Dump文件的线程状态一般其实就以下3种：

• RUNNABLE，线程处于执行中

• BLOCKED，线程被阻塞

• WAITING，线程正在等待

Monitor 监视锁

因为Java程序一般都是多线程运行的，Java多线程跟监视锁环环相扣，所以我们分析线程状态时，也需要回顾一下Monitor监视锁知识。

有关于线程同步关键字Synchronized与监视锁的爱恨情仇，有兴趣的伙伴可以看一下我这篇文章Synchronized解析——如果你愿意一层一层剥开我的心

Monitor的工作原理图如下：

• 线程想要获取monitor,首先会进入Entry Set队列，它是Waiting Thread，线程状态是Waiting for monitor entry。

• 当某个线程成功获取对象的monitor后,进入Owner区域，它就是Active Thread。

• 如果线程调用了wait()方法，则会进入Wait Set队列，它会释放monitor锁，它也是Waiting Thread，线程状态in Object.wait()

• 如果其他线程调用 notify() / notifyAll() ，会唤醒Wait Set中的某个线程，该线程再次尝试获取monitor锁，成功即进入Owner区域。

Dump 文件分析关注重点

• runnable，线程处于执行中

• deadlock，死锁（重点关注）

• blocked，线程被阻塞 （重点关注）

• Parked，停止

• locked，对象加锁

• waiting，线程正在等待

• waiting to lock 等待上锁

• Object.wait()，对象等待中

• waiting for monitor entry 等待获取监视器（重点关注）

• Waiting on condition，等待资源（重点关注），最常见的情况是线程在等待网络的读写

实战案例1：jstack 分析死锁问题

• 什么是死锁？

• 如何用jstack排查死锁？

什么是死锁？

死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法进行下去。

如何用如何用jstack排查死锁问题

先来看一段会产生死锁的Java程序，源码如下：

1. /**

2. * Java 死锁demo

3. */

4. public class DeathLockTest {

5. private static Lock lock1 = new ReentrantLock();

6. private static Lock lock2 = new ReentrantLock();

8. public static void deathLock() {

9. Thread t1 = new Thread() {

10. @Override

11. public void run() {

12. try {

13. lock1.lock();

14. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get the lock1");

15. Thread.sleep(1000);

16. lock2.lock();

17. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get the lock2");

18. } catch (InterruptedException e) {

19. e.printStackTrace();

20. }

21. }

22. };

23. Thread t2 = new Thread() {

24. @Override

25. public void run() {

26. try {

27. lock2.lock();

28. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get the lock2");

29. Thread.sleep(1000);

30. lock1.lock();

31. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get the lock1");

32. } catch (InterruptedException e) {

33. e.printStackTrace();

34. }

35. }

36. };

37. //设置线程名字，方便分析堆栈信息

38. t1.setName("mythread-jay");

39. t2.setName("mythread-tianluo");

40. t1.start();

41. t2.start();

42. }

43. public static void main(String[] args) {

44. deathLock();

45. }

46. }

运行结果：

显然，线程jay和线程tianluo都是只执行到一半，就陷入了阻塞等待状态~

jstack排查Java死锁步骤

• 在终端中输入jsp查看当前运行的java程序

• 使用 jstack -l pid 查看线程堆栈信息

• 分析堆栈信息

在终端中输入jsp查看当前运行的java程序

通过使用 jps 命令获取需要监控的进程的pid，我们找到了 23780DeathLockTest

使用 jstack -l pid 查看线程堆栈信息

 

由上图，可以清晰看到死锁信息：

• mythread-tianluo 等待这个锁 “0x00000000d61ae3a0”，这个锁是由mythread-jay线程持有。

• mythread-jay线程等待这个锁“0x00000000d61ae3d0”,这个锁是由mythread-tianluo 线程持有。

还原死锁真相

“mythread-tianluo"线程堆栈信息分析如下：

• mythread-tianluo的线程处于等待（waiting）状态，持有“0x00000000d61ae3d0”锁，等待“0x00000000d61ae3a0”的锁

“mythread-jay"线程堆栈信息分析如下：

• mythread-tianluo的线程处于等待（waiting）状态，持有“0x00000000d61ae3a0”锁，等待“0x00000000d61ae3d0”的锁

实战案例2：jstack 分析CPU过高问题

来个导致CPU过高的demo程序，一个死循环，哈哈~

1. /**

2. * 有个导致CPU过高程序的demo，死循环

3. */

4. public class JstackCase {

6. private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

8. public static void main(String[] args) {

10. Task task1 = new Task();

11. Task task2 = new Task();

12. executorService.execute(task1);

13. executorService.execute(task2);

14. }

16. public static Object lock = new Object();

18. static class Task implements Runnable{

20. public void run() {

21. synchronized (lock){

22. long sum = 0L;

23. while (true){

24. sum += 1;

25. }

26. }

27. }

28. }

29. }

jstack 分析CPU过高步骤

     2.top -Hp pid

     3. jstack pid

     4. jstack -l [PID] >/tmp/log.txt

     5. 分析堆栈信息

• 1. top

1.top

在服务器上，我们可以通过top命令查看各个进程的cpu使用情况，它默认是按cpu使用率由高到低排序的

由上图中，我们可以找出pid为21340的java进程，它占用了最高的cpu资源，凶手就是它，哈哈！

2. top -Hp pid

通过top -Hp 21340可以查看该进程下，各个线程的cpu使用情况，如下：

可以发现pid为21350的线程，CPU资源占用最高~，嘻嘻，小本本把它记下来，接下来拿jstack给它拍片子~

3. jstack pid

通过top命令定位到cpu占用率较高的线程之后，接着使用jstack pid命令来查看当前java进程的堆栈状态， jstack21350后，内容如下：

4. jstack -l [PID] >/tmp/log.txt

其实，前3个步骤，堆栈信息已经出来啦。但是一般在生成环境，我们可以把这些堆栈信息打到一个文件里，再回头仔细分析哦~

5. 分析堆栈信息

我们把占用cpu资源较高的线程pid（本例子是21350），将该pid转成16进制的值

在thread dump中，每个线程都有一个nid，我们找到对应的nid（5366），发现一直在跑（24行）

这个时候，可以去检查代码是否有问题啦~ 当然，也建议隔段时间再执行一次stack命令，再一份获取thread dump，毕竟两次拍片结果（jstack）对比，更准确嘛~

参考与感谢

• jvm 性能调优工具之 jstack （https://www.jianshu.com/p/025cb069cb69）

• 如何使用jstack分析线程状态 （https://www.jianshu.com/p/6690f7e92f27）

• Java命令学习系列（二）—Jstack（http://www.hollischuang.com/archives/110）