java 调用堆栈方法 javajstack堆栈分析

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level 2023-09-01 12:58:53

文章标签 java 调用堆栈方法 java jvm 开发语言堆栈 文章分类 Java 后端开发

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.

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

jstack [ option ] pid
jstack [ option ] executable core
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

jstack [option] <pid> // 打印某个进程的堆栈信息

option参数说明如下：

java 调用堆栈方法 javajstack堆栈分析_开发语言

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 调用堆栈方法 javajstack堆栈分析_堆栈_02

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：

java 调用堆栈方法 javajstack堆栈分析_jvm_03

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？

java 调用堆栈方法 javajstack堆栈分析_开发语言_04

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：

/**
* Java 死锁demo
*/
public class DeathLockTest {
private static Lock lock1 = new ReentrantLock();
private static Lock lock2 = new ReentrantLock();
public static void deathLock() {
Thread t1 = new Thread() {
@Override
public void run() {
try {
lock1.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get the lock1");
Thread.sleep(1000);
lock2.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get the lock2");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
Thread t2 = new Thread() {
@Override
public void run() {
try {
lock2.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get the lock2");
Thread.sleep(1000);
lock1.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get the lock1");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
//设置线程名字，方便分析堆栈信息
t1.setName("mythread-jay");
t2.setName("mythread-tianluo");
t1.start();
t2.start();
}
public static void main(String[] args) {
deathLock();
}
}

运行结果：

java 调用堆栈方法 javajstack堆栈分析_jvm_05

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

java 调用堆栈方法 javajstack堆栈分析_jvm_06

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

java 调用堆栈方法 javajstack堆栈分析_堆栈_07

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

java 调用堆栈方法 javajstack堆栈分析_开发语言_08

“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

java 调用堆栈方法 javajstack堆栈分析_开发语言_09

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~

/**
* 有个导致CPU过高程序的demo，死循环
*/
public class JstackCase {
private static ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
public static void main(String[] args) {
Task task1 = new Task();
Task task2 = new Task();
executorService.execute(task1);
executorService.execute(task2);
}
public static Object lock = new Object();
static class Task implements Runnable{
public void run() {
synchronized (lock){
long sum = 0L;
while (true){
sum += 1;
}
}
}
}
}