Jstack命令詳解

Jstack是什么？

　　jstack是java虛擬機自帶的一種堆棧跟蹤工具。

功能：

　　jstack用於生成java虛擬機當前時刻的線程快照。線程快照是當前java虛擬機內每一條線程正在執行的方法堆棧的集合，生成線程快照的主要目的是定位線程出現長時間停頓的原因，如線程間死鎖、死循環、請求外部資源導致的長時間等待等。 線程出現停頓的時候通過jstack來查看各個線程的調用堆棧，就可以知道沒有響應的線程到底在后台做什么事情，或者等待什么資源。 如果java程序崩潰生成core文件，jstack工具可以用來獲得core文件的java stack和native stack的信息，從而可以輕松地知道java程序是如何崩潰和在程序何處發生問題。另外，jstack工具還可以附屬到正在運行的java程序中，看到當時運行的java程序的java stack和native stack的信息, 如果現在運行的java程序呈現hung的狀態，jstack是非常有用的。

　　So,jstack命令主要用來查看Java線程的調用堆棧的，可以用來分析線程問題（如死鎖）。

 

Jstack分析線程堆棧信息的例子

    一個多線程死鎖案例，如何避免及解決死鎖問題？

如程序中發生這樣的死鎖問題該如何排查呢？我們可以使用java自帶的jstack命令進行排查。

1、先在服務器運行上面的死鎖的例子，讓程序陷入死鎖。

 

2、使用jps、ps -ef | grep java查看當前java進程的pid，嚴重情況下可以使用top命令查看當前系統cpu/內存使用率最高的進程pid。

這里我們的死鎖的pid是：3429，這里程序很簡單，雖然程序死鎖，沒有占用很多資源。

 

3、使用top -Hp 3429命令查看進程里面占用最多的資源的線程。

這里我們看到的占用最多資源的線程是：3440。

 

4、使用命令printf "%x\n" 3440 把線程pid轉換成16進制數，得到：d70。

 

5、使用jstack 3429 | grep -20 d70命令查詢該線程阻塞的地方。

到這里就基本跟蹤完畢，去代碼所在行看看為什么死鎖吧。 

 

線程狀態

想要通過jstack命令來分析線程的情況的話，首先要知道線程都有哪些狀態，下面這些狀態是我們使用jstack命令查看線程堆棧信息時可能會看到的線程的幾種狀態：

• NEW,未啟動的。不會出現在Dump中。
• RUNNABLE,在虛擬機內執行的。
• BLOCKED,受阻塞並等待監視器鎖。
• WATING,無限期等待另一個線程執行特定操作。
• TIMED_WATING,有時限的等待另一個線程的特定操作。
• TERMINATED,已退出的。

Monitor

　　在多線程的 JAVA程序中，實現線程之間的同步，就要說說 Monitor。 Monitor是 Java中用以實現線程之間的互斥與協作的主要手段，它可以看成是對象或者 Class的鎖。每一個對象都有，也僅有一個 monitor。下 面這個圖，描述了線程和 Monitor之間關系，以 及線程的狀態轉換圖：

• 進入區(Entrt Set):表示線程通過synchronized要求獲取對象的鎖。如果對象未被鎖住,則迚入擁有者;否則則在進入區等待。一旦對象鎖被其他線程釋放,立即參與競爭。
• 擁有者(The Owner):表示某一線程成功競爭到對象鎖。
• 等待區(Wait Set):表示線程通過對象的wait方法,釋放對象的鎖,並在等待區等待被喚醒。

　　從圖中可以看出，一個 Monitor在某個時刻，只能被一個線程擁有，該線程就是 “Active Thread”，而其它線程都是 “Waiting Thread”，分別在兩個隊列 “ Entry Set”和 “Wait Set”里面等候。在 “Entry Set”中等待的線程狀態是 “Waiting for monitor entry”，而在 “Wait Set”中等待的線程狀態是 “in Object.wait()”。 先看 “Entry Set”里面的線程。我們稱被 synchronized保護起來的代碼段為臨界區。當一個線程申請進入臨界區時，它就進入了 “Entry Set”隊列。對應的 code就像：

synchronized(obj) {
.........

}

 

調用修飾

表示線程在方法調用時,額外的重要的操作。線程Dump分析的重要信息。修飾上方的方法調用。

• locked <地址> 目標：使用synchronized申請對象鎖成功,監視器的擁有者。
• waiting to lock <地址> 目標：使用synchronized申請對象鎖未成功,在迚入區等待。
• waiting on <地址> 目標：使用synchronized申請對象鎖成功后,釋放鎖幵在等待區等待。
• parking to wait for <地址> 目標

 

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

通過synchronized關鍵字,沒有獲取到了對象的鎖,線程在監視器的進入區等待。在調用棧頂出現,線程狀態為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

通過synchronized關鍵字,成功獲取到了對象的鎖后,調用了wait方法,進入對象的等待區等待。在調用棧頂出現,線程狀態為WAITING或TIMED_WATING。

 

parking to wait for

　　park是基本的線程阻塞原語,不通過監視器在對象上阻塞。隨concurrent包會出現的新的機制,不synchronized體系不同。

 

線程動作

線程狀態產生的原因

• runnable:狀態一般為RUNNABLE。
• in Object.wait():等待區等待,狀態為WAITING或TIMED_WAITING。
• waiting for monitor entry:進入區等待,狀態為BLOCKED。
• waiting on condition:等待區等待、被park。
• sleeping:休眠的線程,調用了Thread.sleep()。

Wait on condition 該狀態出現在線程等待某個條件的發生。具體是什么原因，可以結合 stacktrace來分析。 最常見的情況就是線程處於sleep狀態，等待被喚醒。 常見的情況還有等待網絡IO：在java引入nio之前，對於每個網絡連接，都有一個對應的線程來處理網絡的讀寫操作，即使沒有可讀寫的數據，線程仍然阻塞在讀寫操作上，這樣有可能造成資源浪費，而且給操作系統的線程調度也帶來壓力。在 NewIO里采用了新的機制，編寫的服務器程序的性能和可擴展性都得到提高。 正等待網絡讀寫，這可能是一個網絡瓶頸的征兆。因為網絡阻塞導致線程無法執行。一種情況是網絡非常忙，幾 乎消耗了所有的帶寬，仍然有大量數據等待網絡讀 寫；另一種情況也可能是網絡空閑，但由於路由等問題，導致包無法正常的到達。所以要結合系統的一些性能觀察工具來綜合分析，比如 netstat統計單位時間的發送包的數目，如果很明顯超過了所在網絡帶寬的限制 ; 觀察 cpu的利用率，如果系統態的 CPU時間，相對於用戶態的 CPU時間比例較高；如果程序運行在 Solaris 10平台上，可以用 dtrace工具看系統調用的情況，如果觀察到 read/write的系統調用的次數或者運行時間遙遙領先；這些都指向由於網絡帶寬所限導致的網絡瓶頸。（來自http://www.blogjava.net/jzone/articles/303979.html）

 

線程Dump的分析

原則

　　結合代碼閱讀的推理。需要線程Dump和源碼的相互推導和印證。 造成Bug的根源往往丌會在調用棧上直接體現,一定格外注意線程當前調用之前的所有調用。

入手點

進入區等待

"d&a-3588" daemon waiting for monitor entry [0x000000006e5d5000]
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at com.jiuqi.dna.bap.authority.service.UserService$LoginHandler.handle()
- waiting to lock <0x0000000602f38e90> (a java.lang.Object)
at com.jiuqi.dna.bap.authority.service.UserService$LoginHandler.handle()

線程狀態BLOCKED,線程動作wait on monitor entry,調用修飾waiting to lock總是一起出現。表示在代碼級別已經存在沖突的調用。必然有問題的代碼,需要盡可能減少其發生。

同步塊阻塞

一個線程鎖住某對象,大量其他線程在該對象上等待。

"blocker" runnable
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
at com.jiuqi.hcl.javadump.Blocker$1.run(Blocker.java:23)
- locked <0x00000000eb8eff68> (a java.lang.Object)
"blockee-11" waiting for monitor entry
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at com.jiuqi.hcl.javadump.Blocker$2.run(Blocker.java:41)
- waiting to lock <0x00000000eb8eff68> (a java.lang.Object)
"blockee-86" waiting for monitor entry
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at com.jiuqi.hcl.javadump.Blocker$2.run(Blocker.java:41)
- waiting to lock <0x00000000eb8eff68> (a java.lang.Object)

持續運行的IO IO操作是可以以RUNNABLE狀態達成阻塞。例如:數據庫死鎖、網絡讀寫。 格外注意對IO線程的真實狀態的分析。 一般來說,被捕捉到RUNNABLE的IO調用,都是有問題的。 以下堆棧顯示： 線程狀態為RUNNABLE。 調用棧在SocketInputStream或SocketImpl上,socketRead0等方法。 調用棧包含了jdbc相關的包。很可能發生了數據庫死鎖

"d&a-614" daemon prio=6 tid=0x0000000022f1f000 nid=0x37c8 runnable
[0x0000000027cbd000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
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)

分線程調度的休眠

正常的線程池等待

"d&a-131" in Object.wait()
java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (on object monitor)
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)
at com.jiuqi.dna.core.impl.WorkingThread.run(WorkingThread.java:40)

可疑的線程等待

"d&a-121" in Object.wait()
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
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)
at com.jiuqi.dna.core.impl.Transaction.lock()

入手點總結

wait on monitor entry： 被阻塞的,肯定有問題 runnable ： 注意IO線程 in Object.wait()： 注意非線程池等待

使用

想要學習一個命令，先來看看幫助，使用jstack -help查看幫助：

hollis@hos:~$ jstack -help
Usage:
    jstack [-l] <pid>
        (to connect to running process)
    jstack -F [-m] [-l] <pid>
        (to connect to a hung process)
    jstack [-m] [-l] <executable> <core>
        (to connect to a core file)
    jstack [-m] [-l] [server_id@]<remote server IP or hostname>
        (to connect to a remote debug server)

Options:
    -F  to force a thread dump. Use when jstack <pid> 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

-F當’jstack [-l] pid’沒有相應的時候強制打印棧信息 -l長列表. 打印關於鎖的附加信息,例如屬於java.util.concurrent的ownable synchronizers列表. -m打印java和native c/c++框架的所有棧信息. -h | -help打印幫助信息 pid 需要被打印配置信息的java進程id,可以用jps查詢.

首先，我們分析這么一段程序的線程情況：

/**
 * @author hollis
 */
public class JStackDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            //Do Nothing
        }
    }
}

先是有jps查看進程號：

hollis@hos:~$ jps
29788 JStackDemo1
29834 Jps
22385 org.eclipse.equinox.launcher_1.3.0.v20130327-1440.jar

然后使用jstack 查看堆棧信息：

hollis@hos:~$ jstack 29788
2015-04-17 23:47:31
...此處省略若干內容...
"main" prio=10 tid=0x00007f197800a000 nid=0x7462 runnable [0x00007f197f7e1000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
    at javaCommand.JStackDemo1.main(JStackDemo1.java:7)

我們可以從這段堆棧信息中看出什么來呢？我們可以看到，當前一共有一條用戶級別線程,線程處於runnable狀態，執行到JStackDemo1.java的第七行。 看下面代碼：

public class JStackDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new Thread1());
        thread.start();
    }
}
class Thread1 implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        while(true){
            System.out.println(1);
        }
    }
}

線程堆棧信息如下：

"Reference Handler" daemon prio=10 tid=0x00007fbbcc06e000 nid=0x286c in Object.wait() [0x00007fbbc8dfc000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
    at java.lang.Object.wait(Native Method)
    - waiting on <0x0000000783e066e0> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
    at java.lang.Object.wait(Object.java:503)
    at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:133)
    - locked <0x0000000783e066e0> (a java.lang.ref.Reference$Lock)

我們能看到：

線程的狀態： WAITING 線程的調用棧 線程的當前鎖住的資源： <0x0000000783e066e0> 線程當前等待的資源：<0x0000000783e066e0>

為什么同時鎖住的等待同一個資源：

線程的執行中，先獲得了這個對象的 Monitor（對應於 locked <0x0000000783e066e0>）。當執行到 obj.wait(), 線程即放棄了 Monitor的所有權，進入 “wait set”隊列（對應於 waiting on <0x0000000783e066e0> ）。

死鎖分析

學會了怎么使用jstack命令之后，我們就可以看看，如何使用jstack分析死鎖了，這也是我們一定要掌握的內容。 啥叫死鎖？ 所謂死鎖： 是指兩個或兩個以上的進程在執行過程中，由於競爭資源或者由於彼此通信而造成的一種阻塞的現象，若無外力作用，它們都將無法推進下去。此時稱系統處於死鎖狀態或系統產生了死鎖，這些永遠在互相等待的進程稱為死鎖進程。 說白了，我現在想吃雞蛋灌餅，桌子上放着雞蛋和餅，但是我和我的朋友同時分別拿起了雞蛋和病，我手里拿着雞蛋，但是我需要他手里的餅。他手里拿着餅，但是他想要我手里的雞蛋。就這樣，如果不能同時拿到雞蛋和餅，那我們就不能繼續做后面的工作（做雞蛋灌餅）。所以，這就造成了死鎖。 看一段死鎖的程序：

package javaCommand;
/**
 * @author hollis
 */
public class JStackDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new DeadLockclass(true));//建立一個線程
        Thread t2 = new Thread(new DeadLockclass(false));//建立另一個線程
        t1.start();//啟動一個線程
        t2.start();//啟動另一個線程
    }
}
class DeadLockclass implements Runnable {
    public boolean falg;// 控制線程
    DeadLockclass(boolean falg) {
        this.falg = falg;
    }
    public void run() {
        /**
         * 如果falg的值為true則調用t1線程
         */
        if (falg) {
            while (true) {
                synchronized (Suo.o1) {
                    System.out.println("o1 " + Thread.currentThread().getName());
                    synchronized (Suo.o2) {
                        System.out.println("o2 " + Thread.currentThread().getName());
                    }
                }
            }
        }
        /**
         * 如果falg的值為false則調用t2線程
         */
        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();
}

當我啟動該程序時，我們看一下控制台：

　　我們發現，程序只輸出了兩行內容，然后程序就不再打印其它的東西了，但是程序並沒有停止。這樣就產生了死鎖。 當線程1使用synchronized鎖住了o1的同時，線程2也是用synchronized鎖住了o2。當兩個線程都執行完第一個打印任務的時候，線程1想鎖住o2，線程2想鎖住o1。但是，線程1當前鎖着o1，線程2鎖着o2。所以兩個想成都無法繼續執行下去，就造成了死鎖。 然后，我們使用jstack來看一下線程堆棧信息：

Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-1":
  waiting to lock monitor 0x00007f0134003ae8 (object 0x00000007d6aa2c98, a java.lang.Object),
  which is held by "Thread-0"
"Thread-0":
  waiting to lock monitor 0x00007f0134006168 (object 0x00000007d6aa2ca8, a java.lang.Object),
  which is held by "Thread-1"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread-1":
    at javaCommand.DeadLockclass.run(JStackDemo.java:40)
    - waiting to lock <0x00000007d6aa2c98> (a java.lang.Object)
    - locked <0x00000007d6aa2ca8> (a java.lang.Object)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
"Thread-0":
    at javaCommand.DeadLockclass.run(JStackDemo.java:27)
    - waiting to lock <0x00000007d6aa2ca8> (a java.lang.Object)
    - locked <0x00000007d6aa2c98> (a java.lang.Object)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

Found 1 deadlock.

　　哈哈，堆棧寫的很明顯，它告訴我們 Found one Java-level deadlock，然后指出造成死鎖的兩個線程的內容。然后，又通過 Java stack information for the threads listed above來顯示更詳細的死鎖的信息。 他說

　　Thread-1在想要執行第40行的時候，當前鎖住了資源<0x00000007d6aa2ca8>,但是他在等待資源<0x00000007d6aa2c98> Thread-0在想要執行第27行的時候，當前鎖住了資源<0x00000007d6aa2c98>,但是他在等待資源<0x00000007d6aa2ca8> 由於這兩個線程都持有資源，並且都需要對方的資源，所以造成了死鎖。 原因我們找到了，就可以具體問題具體分析，解決這個死鎖了。

其他

　　虛擬機執行Full GC時,會阻塞所有的用戶線程。因此,即時獲取到同步鎖的線程也有可能被阻塞。 在查看線程Dump時,首先查看內存使用情況。