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。

这里需要注意的是 Java 8 引入了 Java Mission Control，Java Flight Recorder，和 jcmd 等工具来帮助诊断 JVM 和 Java 应用相关的问题。推荐使用最新的工具以及 jcmd 来进行诊断。

Prints Java thread stack traces for a Java process, core file, or remote debug server. This command is experimental and unsupported.

什么时候使用jstack

应用有些时候会挂起或者突然变慢，定位根本原因可能不是简单的事情。线程 dump 提供了当前运行的 Java 进程的当前状态 SNAPSHOT。

jstack 命令能够：

  • Troubleshoot with jstack Utility
  • Force a Stack Dump
  • Stack Trace from a Core Dump
  • Mixed Stack

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，如果运行的 java 程序呈现 hung 的状态，jstack 是非常有用的。

thread dump 就是将当前时刻正在运行的 JVM 的线程拷贝一份，可以用来分析程序执行情况。

JVM 中的线程

JVM 使用线程来执行内部或外部的操作。

获取 Java Thread Dump

有很多的方法可以获取 Java Thread Dump 信息1，这里使用最常用的 jstack。

用法

打印某个进程的堆栈信息

jstack [PID]

jstack -l [PID]
jstack -m [PID]
jstack -F [PID]

关于如何找到 PID，有很多方法，使用 jps -v 或者 ps -aux 或者 htop 等等方法都可以。

说明：

  • -l 选项会打印额外的信息，比如说锁信息， locks such as a list of owned java.util.concurrent ownable synchronizers，可以查看 AbstractOwnableSynchronizer
  • -F Force a Stack Dump

分析 jstack 输出

在执行 jstack -l [PID] > /tmp/output.txt 之后可以对 /tmp/output.txt 进行分析

jstack 输出开头是当前 dump 的时间和 JVM 基本信息（包括版本等）:

2018-05-24 14:41:06
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.101-b13 mixed mode):

下面这个部分是 Safe Memory Reclamation(SMR) 安全的内存分配信息：

Threads class SMR info:
_java_thread_list=0x00007f3cd4005870, length=30, elements={
0x00007f3d14011800, 0x00007f3d142dd800, 0x00007f3d142e1800, 0x00007f3d142f4000,
0x00007f3d142f6000, 0x00007f3d142f8000, 0x00007f3d142fa000, 0x00007f3d14333800,
0x00007f3d14340000, 0x00007f3d14bc6800, 0x00007f3c900a1000, 0x00007f3c90255000,
0x00007f3c9025e800, 0x00007f3c90264000, 0x00007f3d14bdf800, 0x00007f3c64008800,
0x00007f3c6400b000, 0x00007f3d14c1e800, 0x00007f3c54025800, 0x00007f3c54027000,
0x00007f3c54042800, 0x00007f3c54044800, 0x00007f3c24005800, 0x00007f3c0c008800,
0x00007f3c0c00a000, 0x00007f3c0c00b800, 0x00007f3c48027000, 0x00007f3c48010000,
0x00007f3c48011000, 0x00007f3cd4004800
}

接下来就是程序的线程信息（非 VM 线程，非 GC 线程）：

"main" #1 prio=5 os_prio=0 cpu=1071286.79ms elapsed=509136.64s tid=0x00007f3d14011800 nid=0xad5 runnable  [0x00007f3d1993a000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
		at org.eclipse.swt.internal.gtk.OS.Call(Native Method)
		at org.eclipse.swt.widgets.Display.sleep(Display.java:5570)
		at smartgit.Wx.d(SourceFile:305)
		at com.syntevo.smartgit.n.a(SourceFile:398)
		at com.syntevo.smartgit.n.a(SourceFile:247)

"Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=0 cpu=94.43ms elapsed=509136.51s tid=0x00007f3d142dd800 nid=0xadc waiting on condition  [0x00007f3cf10f4000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
		at java.lang.ref.Reference.waitForReferencePendingList(java.base@11.0.3/Native Method)
		at java.lang.ref.Reference.processPendingReferences(java.base@11.0.3/Reference.java:241)
		at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(java.base@11.0.3/Reference.java:213)

   Locked ownable synchronizers:
		- None

线程信息又可以划分成几个部分，每一个线程都包含了如下信息：

Section Example 解释
线程名字 main 和 Reference Handler 可读的线程名字，这个名字可以通过 Thread 方法 setName 设定
线程 ID #1 每一个 Thread 对象的唯一 ID，这个 ID 是自动生成的，从 1 开始，通过 getId 方法获得
是否守护线程 daemon 这个标签用来标记线程是否是守护线程，如果是会有标记，如果不是这没有
优先级 prio=10 Java 线程的优先级，可以通过 setPriority 方法设置
OS 线程的优先级 os_prio  
CPU 时间 cpu=94.43ms 线程获得 CPU 的时间
elapsed elapsed=509136.51s 线程启动后经过的 wall clock time
Address tid Java 线程的地址，这个地址表示的是 JNI native Thread Object 的指针地址
OS 线程 ID nid The unique ID of the OS thread to which the Java Thread is mapped.
线程状态 wating on condition 线程当前状态 线程状态下面就是线程的堆栈信息
Locked Ownable Synchronizer    

线程的运行状态：

  • New: 线程对象创建，不可执行
  • Runnable: 调用 thread.start() 进入 runnable，获得 CPU 时间即可执行
  • Running: 执行
  • Waiting: thread.join()或调用锁对象 wait() 进入该状态，当前线程会保持该状态直到其他线程发送通知到该对象
  • Timed_Waiting：执行 Thread.sleep(long)、thread.join(long) 或 obj.wait(long) 等就会进该状态，与 Waiting 的区别在于 Timed_Waiting 的等待有时间限制；
  • Blocked: 等待锁，进入同步方法，同步代码块，如果没有获取到锁会进入该状态。该线程尝试进入一个被其他线程占用的 synchronized 块，当前线程直到锁被释放之前一直都是 blocked 状态
  • Dead：执行结束，或者抛出了未捕获的异常之后
  • Deadlock: 死锁
  • Waiting on condition：等待某个资源或条件发生来唤醒自己
  • Waiting on monitor entry：在等待获取锁
  • terminated 线程已经结束 run() 并且通知其他线程 joining

以上内容来自 Oracle

通过 jstack 信息可以分析线程死锁，或者系统瓶颈，但是这篇文章比较粗浅，只介绍了大概，等以后熟悉了补上。

如何对 jstack 结果进行分析

同步问题

主要关注 RUNNABLE 或者 BLOCKED 线程，然后是 TIMED_WAITING 状态的线程。这些状态可以帮助我们定位：

  • 死锁问题，多个线程同时持有相互需要的同步块，或者共享对象
  • thread contention，当一个线程被 block 等待其他线程结束

执行问题

异常的 CPU 使用率，通常需要我们关注 RUNNABLE 线程，可以和其他命令一起使用获取额外的信息，比如 top -H -p PID，可以显示操作系统中特定 CPU 使用率高的线程。

另一方面，如果程序性能突然变慢，可以查看 BLOCKED 线程。这种情况下，单一一个 dump 可以不足以看出问题，我们需要在邻近时间的多个 dump，然后一次比较同一个线程在不同时间点。

一个比较推荐的做法是，每隔 10 秒获取 dump，连续获取 3 次。

在线分析工具

主要注意的是任何在线的工具都有可能将 jstask 信息泄漏，上传文件之前请小心。

FastThread

FastThread 是一个不错的在线分析工具。提供了友好的界面，包括线程的 CPU 使用率，stack 长度，以及其他信息。

唯一的缺点就是 FastThread 会将 jstack 信息存储在云端。

JStack Review

JStack Review 也是一个在线的分析工具，不过是 client-side only，数据不会发送出去。

Spotify Online Java Thread Dump Analyzer

Spotify Online Java Thread Dump Analyser 是使用 JavaScript 编写的开源分析工具。

独立的应用

除了在线的分析工具，还有一些不错的独立工具可以用来分析。

JProfiler

JProfiler 是一款比较出名的工具，有 10天的试用期。

IBM Thread Monitor and Dump Analyzer for Java (TMDA)

IBM TMDA can be used to identify thread contention, deadlocks, and bottlenecks. It is freely distributed and maintained but it does not offer any guarantee or support from IBM

Irockel Thread Dump Analyser (TDA)

Irockel TDA is a standalone open-source tool licensed with LGPL v2.1. The last version (v2.4) was released in August 2020 so it is well maintained. It displays the thread dump as a tree providing also some statistics to ease the navigation

reference

  1. https://www.baeldung.com/java-thread-dump ↩