jstack和线程dump分析

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][F] pid

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。进程处于hung死状态可以用-F强制打出stack。

dump 文件里,值得关注的线程状态有:

死锁,Deadlock(重点关注)

执行中,Runnable

等待资源,Waiting on condition(重点关注)

等待获取监视器,Waiting on monitor entry(重点关注)

暂停,Suspended

对象等待中,Object.wait() 或 TIMED_WAITING

阻塞,Blocked(重点关注)

停止,Parked

1、实例说明

在摘了另一篇博客的三种场景:

实例一:Waiting to lock 和 Blocked

[java] view plain copy

"RMI TCP Connection(267865)-172.16.5.25" daemon prio=10 tid=0x00007fd508371000 nid=0x55ae waiting for monitor entry [0x00007fd4f8684000]  

   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)  

at org.apache.log4j.Category.callAppenders(Category.java:201)  

- waiting to lock <0x00000000acf4d0c0> (a org.apache.log4j.Logger)  

at org.apache.log4j.Category.forcedLog(Category.java:388)  

at org.apache.log4j.Category.log(Category.java:853)  

at org.apache.commons.logging.impl.Log4JLogger.warn(Log4JLogger.java:234)  

at com.tuan.core.common.lang.cache.remote.SpyMemcachedClient.get(SpyMemcachedClient.java:110)  

说明:

1)线程状态是 Blocked,阻塞状态。说明线程等待资源超时!

2)“ waiting to lock <0x00000000acf4d0c0>”指,线程在等待给这个 0x00000000acf4d0c0 地址上锁(英文可描述为:trying to obtain  0x00000000acf4d0c0 lock)。

3)在 dump 日志里查找字符串 0x00000000acf4d0c0,发现有大量线程都在等待给这个地址上锁。如果能在日志里找到谁获得了这个锁(如locked < 0x00000000acf4d0c0 >),就可以顺藤摸瓜了。

4)“waiting for monitor entry”说明此线程通过 synchronized(obj) {……} 申请进入了临界区,从而进入了下图1中的“Entry Set”队列,但该 obj 对应的 monitor 被其他线程拥有,所以本线程在 Entry Set 队列中等待。

5)第一行里,"RMI TCP Connection(267865)-172.16.5.25"是 Thread Name 。tid指Java Thread id。nid指native线程的id。prio是线程优先级。[0x00007fd4f8684000]是线程栈起始地址。

[java] view plain copy

"RMI TCP Connection(idle)" daemon prio=10 tid=0x00007fd50834e800 nid=0x56b2 waiting on condition [0x00007fd4f1a59000]  

   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (parking)  

at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)  

- parking to waitfor  <0x00000000acd84de8> (a java.util.concurrent.SynchronousQueue$TransferStack)  

at java.util.concurrent.locks.LockSupport.parkNanos(LockSupport.java:198)  

at java.util.concurrent.SynchronousQueue$TransferStack.awaitFulfill(SynchronousQueue.java:424)  

at java.util.concurrent.SynchronousQueue$TransferStack.transfer(SynchronousQueue.java:323)  

at java.util.concurrent.SynchronousQueue.poll(SynchronousQueue.java:874)  

at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.getTask(ThreadPoolExecutor.java:945)  

at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:907)  

at java.lang.Thread.run(Thread.java:662)  

说明:

1)“TIMED_WAITING (parking)”中的 timed_waiting 指等待状态,但这里指定了时间,到达指定的时间后自动退出等待状态;parking指线程处于挂起中。

2)“waiting on condition”需要与堆栈中的“parking to wait for  <0x00000000acd84de8> (a java.util.concurrent.SynchronousQueue$TransferStack)”结合来看。首先,本线程肯定是在等待某个条件的发生,来把自己唤醒。其次,SynchronousQueue 并不是一个队列,只是线程之间移交信息的机制,当我们把一个元素放入到 SynchronousQueue 中时必须有另一个线程正在等待接受移交的任务,因此这就是本线程在等待的条件。

3)别的就看不出来了。

实例三:in Obejct.wait() 和 TIMED_WAITING

[java] view plain copy

"RMI RenewClean-[172.16.5.19:28475]" daemon prio=10 tid=0x0000000041428800 nid=0xb09 in Object.wait() [0x00007f34f4bd0000]  

   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (on object monitor)  

at java.lang.Object.wait(Native Method)  

- waiting on <0x00000000aa672478> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)  

at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:118)  

- locked <0x00000000aa672478> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)  

at sun.rmi.transport.DGCClient$EndpointEntry$RenewCleanThread.run(DGCClient.java:516)  

at java.lang.Thread.run(Thread.java:662)  

说明:

1)“TIMED_WAITING (on object monitor)”,对于本例而言,是因为本线程调用了 java.lang.Object.wait(long timeout) 而进入等待状态。

2)“Wait Set”中等待的线程状态就是“ in Object.wait() ”。当线程获得了 Monitor,进入了临界区之后,如果发现线程继续运行的条件没有满足,它则调用对象(一般就是被 synchronized 的对象)的 wait() 方法,放弃了 Monitor,进入 “Wait Set”队列。只有当别的线程在该对象上调用了 notify() 或者 notifyAll() ,“ Wait Set”队列中线程才得到机会去竞争,但是只有一个线程获得对象的 Monitor,恢复到运行态。

3)RMI RenewClean 是 DGCClient 的一部分。DGC 指的是 Distributed GC,即分布式垃圾回收。

4)请注意,是先 locked <0x00000000aa672478>,后 waiting on <0x00000000aa672478>,之所以先锁再等同一个对象,请看下面它的代码实现:

static private class  Lock { };

private Lock lock = new Lock();

public Reference remove(long timeout)

{

synchronized (lock) {

Reference r = reallyPoll();

if (r != null) return r;

for (;;) {

lock.wait(timeout);

r = reallyPoll();

……

}

}

即,线程的执行中,先用 synchronized 获得了这个对象的 Monitor(对应于  locked <0x00000000aa672478> );当执行到 lock.wait(timeout);,线程就放弃了 Monitor 的所有权,进入“Wait Set”队列(对应于  waiting on <0x00000000aa672478> )。

5)从堆栈信息看,是正在清理 remote references to remote objects ,引用的租约到了,分布式垃圾回收在逐一清理呢。

2.2. 线程的状态分析

正如我们刚看到的那样,线程的状态是一个重要的指标,它会显示在线程 Stacktrace的头一行结尾的地方。那么线程常见的有哪些状态呢?线程在什么样的情况下会进入这种状态呢?我们能从中发现什么线索?

1.1 Runnable

该状态表示线程具备所有运行条件,在运行队列中准备操作系统的调度,或者正在运行。

1.2 Wait on condition

这种状态时由于获取了锁,进入了临界区,但是等待某种条件或者是sleep了 阻塞在这。

1.3 Waiting for monitor entry 和 in Object.wait()

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。每个 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。对应的 code就像:

synchronized(obj) {

.........

}

这时有两种可能性:

该 monitor不被其它线程拥有, Entry Set里面也没有其它等待线程。本线程即成为相应类或者对象的 Monitor的 Owner,执行临界区的代码

该 monitor被其它线程拥有,本线程在 Entry Set队列中等待。

在第一种情况下,线程将处于 “Runnable”的状态,而第二种情况下,线程 DUMP会显示处于 “waiting for monitor entry”。如下所示:

[java] view plain copy

"Thread-0" prio=10 tid=0x08222eb0 nid=0x9 waiting for monitor entry [0xf927b000..0xf927bdb8]    


at testthread.WaitThread.run(WaitThread.java:39)    


- waiting to lock <0xef63bf08> (a java.lang.Object)    


- locked <0xef63beb8> (a java.util.ArrayList)    


at java.lang.Thread.run(Thread.java:595)    

    临界区的设置,是为了保证其内部的代码执行的原子性和完整性。但是因为临界区在任何时间只允许线程串行通过,这 和我们多线程的程序的初衷是相反的。 如果在多线程的程序中,大量使用 synchronized,或者不适当的使用了它,会造成大量线程在临界区的入口等待,造成系统的性能大幅下降。如果在线程 DUMP中发现了这个情况,应该审查源码,改进程序。

        现在我们再来看现在线程为什么会进入 “Wait Set”。当线程获得了 Monitor,进入了临界区之后,如果发现线程继续运行的条件没有满足,它则调用对象(一般就是被 synchronized 的对象)的 wait() 方法,放弃了 Monitor,进入 “Wait Set”队列。只有当别的线程在该对象上调用了 notify() 或者 notifyAll() , “ Wait Set”队列中线程才得到机会去竞争,但是只有一个线程获得对象的 Monitor,恢复到运行态。在 “Wait Set”中的线程, DUMP中表现为: in Object.wait(),类似于:

[java] view plain copy

"Thread-1" prio=10 tid=0x08223250 nid=0xa in Object.wait() [0xef47a000..0xef47aa38]    

        at java.lang.Object.wait(Native Method)    

- waiting on <0xef63beb8> (a java.util.ArrayList)    

at java.lang.Object.wait(Object.java:474)    

at testthread.MyWaitThread.run(MyWaitThread.java:40)    

- locked <0xef63beb8> (a java.util.ArrayList)    

at java.lang.Thread.run(Thread.java:595)    

仔细观察上面的 DUMP信息,你会发现它有以下两行:

- locked <0xef63beb8> (a java.util.ArrayList)

- waiting on <0xef63beb8> (a java.util.ArrayList) 

这里需要解释一下,为什么先 lock了这个对象,然后又 waiting on同一个对象呢?让我们看看这个线程对应的代码:

[java] view plain copy

synchronized(obj) {    

       .........    

       obj.wait();    

       .........    

}    

线程的执行中,先用 synchronized 获得了这个对象的 Monitor(对应于 locked <0xef63beb8> )。当执行到 obj.wait(), 线程即放弃了 Monitor的所有权,进入 “wait set”队列(对应于 waiting on <0xef63beb8> )。

         往往在你的程序中,会出现多个类似的线程,他们都有相似的 DUMP信息。这也可能是正常的。比如,在程序中,有多个服务线程,设计成从一个队列里面读取请求数据。这个队列就是 lock以及 waiting on的对象。当队列为空的时候,这些线程都会在这个队列上等待,直到队列有了数据,这些线程被 Notify,当然只有一个线程获得了 lock,继续执行,而其它线程继续等待。

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