原创

jdk命令行工具系列(6) - jstack:java堆栈跟踪工具

jstack介绍

jstack(stack trace for java)是java虚拟机自带的一种堆栈跟踪工具。jstack用于打印出给定的java进程ID或core file或远程调试服务的Java堆栈信息,如果是在64位机器上,需要指定选项"-J-d64",Windows的jstack使用方式只支持以下的这种方式:

jstack [-l] pid

主要分为两个功能:

  1. 针对活着的进程做本地的或远程的线程dump
  2. 针对core文件做线程dump

jstack用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。
线程快照是当前java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。
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。

So,jstack命令主要用来查看Java线程的调用堆栈的,可以用来分析线程问题(如死锁)。

线程状态

想要通过jstack命令来分析线程的情况的话,首先要知道线程都有哪些状态,下面这些状态是我们使用jstack命令查看线程堆栈信息时可能会看到的线程的几种状态:

  1. NEW:未启动的。不会出现在Dump中。
  2. RUNNABLE:在虚拟机内执行的。运行中状态,可能里面还能看到locked字样,表明它获得了某把锁。
  3. BLOCKED:受阻塞并等待监视器锁。被某个锁(synchronizers)給block住了。
  4. WATING:无限期等待另一个线程执行特定操作。等待某个condition或monitor发生,一般停留在park(), wait(),sleep(),join() 等语句里。
  5. TIMED_WATING:有时限的等待另一个线程的特定操作。和WAITING的区别是wait() 等语句加上了时间限制 wait(timeout)。
  6. TERMINATED:已退出的。

关于线程状态,具体也可以查看:java.lang.Thread.State类

Monitor(监视器)

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:
file

  1. 进入区(Entrt Set):表示线程通过synchronized要求获取对象的锁。如果对象未被锁住,则迚入拥有者;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。
  2. 拥有者(The Owner):表示某一线程成功竞争到对象锁。
  3. 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 “Waiting for monitor entry”,而在“Wait Set”中等待的线程状态是 “in Object.wait()”。 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。对应的 code就像:

synchronized(obj) {
    //.........
}

调用修饰

表示线程在方法调用时,额外的重要的操作。线程Dump分析的重要信息。修饰上方的方法调用。

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,在迚入区等待。

waiting on <地址> 目标:使用synchronized申请对象锁成功后,释放锁幵在等待区等待。

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,没有获取到了对象的锁,线程在监视器的进入区等待。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,与synchronized体系不同。

线程动作

线程状态产生的原因:

  1. runnable:状态一般为RUNNABLE。
  2. in Object.wait():等待区等待,状态为WAITING或TIMED_WAITING。
  3. waiting for monitor entry:进入区等待,状态为BLOCKED。
  4. waiting on condition:等待区等待、被park。
  5. sleeping:休眠的线程,调用了Thread.sleep()。

Wait on condition 该状态出现在线程等待某个条件的发生。具体是什么原因,可以结合 stacktrace来分析。 最常见的情况就是线程处于sleep状态,等待被唤醒。 常见的情况还有等待网络IO:在java引入nio之前,对于每个网络连接,都有一个对应的线程来处理网络的读写操作,即使没有可读写的数据,线程仍然阻塞在读写操作上,这样有可能造成资源浪费,而且给操作系统的线程调度也带来压力。在 NewIO里采用了新的机制,编写的服务器程序的性能和可扩展性都得到提高。 正等待网络读写,这可能是一个网络瓶颈的征兆。因为网络阻塞导致线程无法执行。一种情况是网络非常忙,几 乎消耗了所有的带宽,仍然有大量数据等待网络读 写;另一种情况也可能是网络空闲,但由于路由等问题,导致包无法正常的到达。所以要结合系统的一些性能观察工具来综合分析,比如 netstat统计单位时间的发送包的数目,如果很明显超过了所在网络带宽的限制 ; 观察 cpu的利用率,如果系统态的 CPU时间,相对于用户态的 CPU时间比例较高;如果程序运行在 Solaris 10平台上,可以用 dtrace工具看系统调用的情况,如果观察到 read/write的系统调用的次数或者运行时间遥遥领先;这些都指向由于网络带宽所限导致的网络瓶颈。

jstack命令格式

jstack [ option ] pid
jstack [ option ] executable core
jstack [ option ] [server-id@]remote-hostname-or-IP

常用参数说明

1)options:

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

2)基本参数:

  1. -F 当’jstack [-l] pid’没有响应的时候,强制打印线程堆栈信息,一般情况不需要使用
  2. -l 长列表. 打印关于锁的附加信息,例如属于java.util.concurrent的ownable synchronizers列表,会使得JVM停顿得长久得多(可能会差很多倍,比如普通的jstack可能几毫秒和一次GC没区别,加了-l 就是近一秒的时间),-l 建议不要用,一般情况不需要使用
  3. -m 打印java和native c/c++框架的所有栈信息.可以打印JVM的堆栈,显示上Native的栈帧,一般应用排查不需要使用
  4. -h | -help打印帮助信息
  5. pid 需要被打印配置信息的java进程id,可以用jps查询

使用示例

jstack pid

~$ jps -ml
org.apache.catalina.startup.Bootstrap 
~$ jstack 5661
2013-04-16 21:09:27
Full thread dump Java HotSpot(TM) Server VM (20.10-b01 mixed mode):

"Attach Listener" daemon prio=10 tid=0x70e95400 nid=0x2265 waiting on condition [0x00000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"http-bio-8080-exec-20" daemon prio=10 tid=0x08a35800 nid=0x1d42 waiting on condition [0x70997000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <0x766a27b8> (a java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject)
    at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:156)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:1987)
    at java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue.take(LinkedBlockingQueue.java:399)
    at org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue.take(TaskQueue.java:104)
    at org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue.take(TaskQueue.java:32)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.getTask(ThreadPoolExecutor.java:947)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:907)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:662)
........

死循环

  1. 写个死循环代码

     package com.jvm.jstack;
    
     /**
      * <a href="http://www.itsoku.com/archives">Java干货铺子,只生产干货,公众号:javacode2018</a>
      */
     public class Demo1 {
         public static void main(String[] args) {
             while (true) {
             }
         }
     }
    
  2. 运行代码
  3. cmd中执行jps查看程序进程id

     C:\Users\Think>jps -l
     35600 com.jvm.jstack.Demo1
    

    进程id为 35600

  4. 输入jstack 35600命令,找到跟我们自己代码相关的线程,如下为main线程,处于runnable状态,在main方法的第8行,也就是我们死循环的位置
    file

Object.wait()情况

执行下列代码:

package com.jvm.jstack;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * <a href="http://www.itsoku.com/archives">Java干货铺子,只生产干货,公众号:javacode2018</a>
 */
public class Demo2 {
    static class TestTask implements Runnable {
        @Override
        public void run() {

            synchronized (this) {
                try {
                    //等待被唤醒
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService ex = Executors.newFixedThreadPool(1);
        ex.execute(new TestTask());
    }
}

file

死锁情况

  1. 写个死锁的例子

     package com.jvm.jstack;
    
     import java.util.concurrent.ExecutorService;
     import java.util.concurrent.Executors;
    
     /**
      * <a href="http://www.itsoku.com/archives">Java干货铺子,只生产干货,公众号:javacode2018</a>
      */
     public class Demo3 {
         public static void main(String[] args) {
             Object obj1 = new Object();
             Object obj2 = new Object();
    
             ExecutorService ex = Executors.newFixedThreadPool(2);
             // 起10个线程
             for (int i = 0; i < 10; i++) {
                 int order = i % 2 == 0 ? 1 : 0;
                 ex.execute(new TestTask(order, obj1, obj2));
             }
         }
    
         static class TestTask implements Runnable {
             private Object obj1;
             private Object obj2;
             private int order;
    
             public TestTask(int order, Object obj1, Object obj2) {
                 this.order = order;
                 this.obj1 = obj1;
                 this.obj2 = obj2;
             }
    
             public void test1() throws InterruptedException {
                 synchronized (obj1) {
                     synchronized (obj2) {
                         System.out.println("test。。。");
                     }
                 }
             }
    
             public void test2() throws InterruptedException {
                 synchronized (obj2) {
                     synchronized (obj1) {
                         System.out.println("test。。。");
                     }
                 }
             }
    
             @Override
             public void run() {
                 while (true) {
                     try {
                         if (this.order == 1) {
                             this.test1();
                         } else {
                             this.test2();
                         }
                     } catch (InterruptedException e) {
                         e.printStackTrace();
                     }
                 }
             }
         }
     }
    
  2. 运行上面代码产生死锁
    file
  3. 我们先通过jsp查找到程序的进程,然后通过jstack查看线程堆栈,很快就可以发现死锁
    file

等待io

  1. 运行代码

     package com.jvm.jstack;
    
     import java.io.IOException;
     import java.io.InputStream;
    
     /**
      * <a href="http://www.itsoku.com/archives">Java干货铺子,只生产干货,公众号:javacode2018</a>
      */
     public class Demo5 {
         public static void main(String[] args) throws IOException {
             InputStream is = System.in;
             int i = is.read();
             System.out.println("exit。");
         }
     }
    
  2. 和上面一样,jps获取进程,jstack获取线程堆栈信息
    file
    file

本文参考:

https://www.cnblogs.com/chenpi/p/5377445.html
https://www.cnblogs.com/kongzhongqijing/articles/3630264.html
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