jstack分析线程死锁

一、介绍

jstack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： 

a．  针对活着的进程做本地的或远程的线程dump； 

b．  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。

 

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：

NEW,未启动的。不会出现在Dump中。

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。

BLOCKED,受阻塞并等待监视器锁。被某个锁(synchronizers)給block住了。

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。

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)。

TERMINATED,已退出的。

Monitor

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：

进入区(Entry 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。

拥有者(The Owner):表示某一线程成功竞争到对象锁。

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。

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,释放锁后在等待区等待。

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,synchronized体系不同。

线程动作

线程状态产生的原因

runnable:状态一般为RUNNABLE。

in Object.wait():等待区等待,状态为WAITING或TIMED_WAITING。

waiting for monitor entry:进入区等待,状态为BLOCKED。

waiting on condition:等待区等待、被park。

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。

 

二、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：

-F当’jstack [-l] pid’没有相应的时候强制打印栈信息,如果直接jstack无响应时，用于强制jstack），一般情况不需要使用

-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

-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

-h | -help打印帮助信息

pid 需要被打印配置信息的java进程id,可以用jps查询.

 

线程dump的分析工具：

• IBM Thread and Monitor Dump Analyze for Java 一个小巧的Jar包，能方便的按状态，线程名称，线程停留的函数排序，快速浏览。
• http://spotify.github.io/threaddump-analyzer Spotify提供的Web版在线分析工具，可以将锁或条件相关联的线程聚合到一起。

 

其他

虚拟机执行Full GC时,会阻塞所有的用户线程。因此,即时获取到同步锁的线程也有可能被阻塞。 在查看线程Dump时,首先查看内存使用情况。

 

频繁GC问题或内存溢出问题

一、使用jps查看线程ID

二、使用jstat -gc 3331 250 20 查看gc情况，一般比较关注PERM区的情况，查看GC的增长情况。

三、使用jstat -gccause：额外输出上次GC原因

四、使用jmap -dump:format=b,file=heapDump 3331生成堆转储文件

五、使用jhat或者可视化工具（Eclipse Memory Analyzer 、IBM HeapAnalyzer）分析堆情况。

六、结合代码解决内存溢出或泄露问题。

 

死锁问题

一、使用jps查看线程ID

二、使用jstack 3331：查看线程情况

写个简单的死锁demo：

 

对于jstack做的ThreadDump的栈，可以反映如下信息：

1. 如果某个相同的call stack经常出现， 我们有80%的以上的理由确定这个代码存在性能问题（读网络的部分除外）；
2. 如果相同的call stack出现在同一个线程上（tid）上， 我们很很大理由相信， 这段代码可能存在较多的循环或者死循环；
3. 如果某call stack经常出现， 并且里面带有lock，请检查一下这个lock的产生的原因， 可能是全局lock造成了性能问题；
4. 在一个不大压力的群集里（w<2）， 我们是很少拿到带有业务代码的stack的， 并且一般在一个完整stack中， 最多只有1-2业务代码的stack，
5. 如果经常出现， 一定要检查代码， 是否出现性能问题。
6. 如果你怀疑有dead lock问题， 那么请把所有的lock id找出来，看看是不是出现重复的lock id。