如何使用jstack分析线程状态

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背景

记得前段时间，同事说他们测试环境的服务器cpu使用率一直处于100%，本地又没有什么接口调用，为什么会这样？cpu使用率居高不下，自然是有某些线程一直占用着cpu资源，那又如何查看占用cpu较高的线程？

 

当然一个正常的程序员不会写出上述代码，这里只是为了让一个线程占用较高的cpu资源（while循环执行逻辑会一直占用线程导致接近100%的cpu占用（如果是wait()挂起线程则不会），如果是多核如4核则一个应用程序cpu占用达到400%也是可能的）。

top命令

在linux环境下，可以通过top命令查看各个进程的cpu使用情况，默认按cpu使用率排序

 

1、上图中可以看出pid为23344的java进程占用了较多的cpu资源；
2、通过top -Hp 23344可以查看该进程下各个线程的cpu使用情况；

（注意， top -Hp 23344后显示如下图，这里的PID则不是进程id了而是进程23344的各个线程id）

 

上图中可以看出pid为25077的线程占了较多的cpu资源，利用jstack命令可以继续查看该线程当前的堆栈状态（jstack是通过查看进程详情来查看进程里线程的状态，jstack $进程id）。

jstack命令

通过top命令定位到cpu占用率较高的线程之后，继续使用jstack pid（进程id）命令查看当前java进程的堆栈状态

 

（上面的nid就是对应操作系统的线程id（而tid是java里线程的id，虚拟线程出来之前，java线程和操作系统线程是一对一的关系），不过它是十六进制的；最前面""括起来的是java线程名（如pool-1-thread-1），可以通过上面top -Hp 23344得到的占用较多CPU资源的线程id 25077 将它通过printf "%x\n" 25077转换为十六进制，然后再在jstack -l 23344【进程id】里搜这个线程id的十六进制来找到相关的代码；由下往上看打印信息才是时间顺序）

jstack命令生成的thread dump信息包含了JVM中所有存活的线程，为了分析指定线程，必须找出对应线程的调用栈，应该如何找？（jstack的输出里就有部分调用栈，最上面的是调用栈顶层即业务代码）

在top命令中，已经获取到了占用cpu资源较高的线程pid，将该pid转成16进制的值（通过printf "%x\n" 15来将15转换成16进制值f），在thread dump中每个线程都有一个nid，找到对应的nid即可；隔段时间再执行一次jstack命令获取thread dump，区分两份dump是否有差别，在nid=0x246c的线程调用栈中，发现该线程一直在执行JstackCase类的内部类Task第33行的calculate方法，得到这个信息，就可以检查对应的代码是否有问题。

通过thread dump分析线程状态

除了上述的分析，大多数情况下会基于thead dump分析当前各个线程的运行情况，如是否存在死锁、是否存在一个线程长时间持有锁不放等等。

在dump中，线程一般存在如下几种状态：
1、RUNNABLE，线程处于执行中
2、BLOCKED，线程被阻塞（加锁，且不会有时间限制）
3、WAITING，线程正在等待（wait等待，没有时间限制）

4. TIMED_WAITING，这个一般是指这个线程是Timer定期执行任务，但是当前处于waiting状态（有时间限制的等待，包括sleep、wait(timeout)等）

实例1：多线程竞争synchronized锁

 

很明显：线程1获取到锁，处于RUNNABLE状态，线程2处于BLOCK状态
1、locked <0x000000076bf62208>说明线程1对地址为0x000000076bf62208对象进行了加锁；
2、waiting to lock <0x000000076bf62208> 说明线程2在等待地址为0x000000076bf62208对象上的锁（这两个线程需要对同一个对象进行加锁）；
3、waiting for monitor entry [0x000000001e21f000]说明线程2是通过synchronized关键字进入了监视器的临界区等待，并处于"Entry Set"队列，等待monitor，具体实现可以参考深入分析synchronized的JVM实现；

实例2：通过wait挂起线程

static class Task implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        synchronized (lock) {
            try {
                lock.wait();
                //TimeUnit.SECONDS.sleep(100000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

dump结果

 

线程1和2都处于WAITING状态
1、线程1和2都是先locked <0x000000076bf62500>，再waiting on <0x000000076bf62500>，之所以先锁再等同一个对象，是因为wait方法需要先通过synchronized获得该地址对象的monitor；
2、waiting on <0x000000076bf62500>说明线程执行了wait方法之后，释放了monitor，进入到"Wait Set"队列，等待其它线程执行地址为0x000000076bf62500对象的notify方法，并唤醒自己，具体实现可以参考深入分析Object.wait/notify实现机制；