JVM - Java程序员必备：jstack命令解析 - 《Java 成长之路》

前言
jstack 的功能
jstack用法
线程状态等基础回顾
实战案例1：jstack 分析死锁问题
实战案例2：jstack 分析CPU过高问题

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
```
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：

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

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。
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：

/**
* 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：

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23780 DeathLockTest

使用 jstack -l pid 查看线程堆栈信息
mythread-tianluo 等待这个锁 “0x00000000d61ae3a0”，这个锁是由于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~

/**
 * 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;
                }
            }
        }
    }
}

jstack 分析CPU过高步骤

top
top -Hp pid
jstack pid
jstack -l [PID] >/tmp/log.txt
分析堆栈信息
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，jstack 21350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~