使用Java工具Jstack进行线程控制和调试

jstack - Prints Java thread stack traces for a Java process, core file, or remote debug server.

Jstack 主要的作用是生成当前进程中所有线程的信息，也就是当前时刻 JVM 的线程快照，通过线程的信息我们可以定位到程序中出现长时间停顿、CPU 占用率过高等问题。

线程快照中的信息是当前 java 虚拟机内每一条线程正在执行的方法的堆栈集合，有了堆栈信息我们就可以分析出我们的程序问题出现在那，比如线程间死锁、外部资源请求时间过长、死循环等。

使用：

jstack [ options ] pid
jstack [ options ] executable core
jstack [ options ] [ server-id@ ] remote-hostname-or-IP
OPTIONS
       -F
              Force a stack dump when jstack [-l] pid does not respond.
       -l
              Long listing. Prints additional information about locks such as a list of owned java.util.concurrent ownable synchronizers. See the
              AbstractOwnableSynchronizer class description at
              http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/concurrent/locks/AbstractOwnableSynchronizer.html
       -m
              Prints a mixed mode stack trace that has both Java and native C/C++ frames.

• -F 当正常的请求不被响应时，强制输出堆栈信息。

• -l 额外打印锁的信息，当发生死锁是可以查看锁的信息

• -m 如果调用本地方法栈的信息，可以打印 C/C++的堆栈

以一个发生死锁的例子来看一下使用 Jstack 查看到的信息

public class Jstack {
    private static Object obj1 = new Object();
    private static Object obj2 = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (obj1) {
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (obj2) {
                }
            }
        }).start();
        new Thread(() -> {
            synchronized (obj2) {
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (obj1) {
                }
            }
        }).start();
    }
}

上面代码中，第一个线程拿到 obj1 的锁，等待 obj2 的锁，第二个线程拿到 obj2 的锁，等待 obj1 的锁，这样就会发生死锁。

先通过jps命令获取到先拿到当前的进程 pid，然后通过 jstack 获取线程的信息。可以看到有两个线程都处于阻塞状态。

"Thread-1" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fdff871c800 nid=0x3cc2 waiting for monitor entry [0x00007fdfce0fc000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
	at com.example.demo.jstack.Jstack.lambda$main$1(Jstack.java:36)
	- waiting to lock <0x000000076e925a90> (a java.lang.Object)
	- locked <0x000000076e925aa0> (a java.lang.Object)
	at com.example.demo.jstack.Jstack$$Lambda$2/2052001577.run(Unknown Source)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

"Thread-0" #11 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fdff871a800 nid=0x3cc1 waiting for monitor entry [0x00007fdfce1fc000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
	at com.example.demo.jstack.Jstack.lambda$main$0(Jstack.java:25)
	- waiting to lock <0x000000076e925aa0> (a java.lang.Object)
	- locked <0x000000076e925a90> (a java.lang.Object)
	at com.example.demo.jstack.Jstack$$Lambda$1/1174361318.run(Unknown Source)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

第一行显示可线程名、线程优先级、线程 id、线程状态描述等信息

第二行显示的是当前线程的状态

Java 中线程的状态分为 NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WATING、TIMED_WATING、TERMINATED，但是在快照中 NEW 状态是不会出现的。

再下面的就是当前线程的调用栈的信息。调用栈中包含了锁的信息。

locked 表示使用 synchronized 申请对象锁成功,监视器的拥有者

waiting to lock 表示使用 synchronized 申请对象锁未成功,进入等待区。

waiting on 表示用 synchronized 申请对象锁成功后,调用了 wait 方法,进入对象的等待区等待。

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,与 synchronized 体系不同。

在最后也显示出了代码中出现死锁的信息

Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-1":
  waiting to lock monitor 0x00007fdfac006638 (object 0x000000076e925a90, a java.lang.Object),
  which is held by "Thread-0"
"Thread-0":
  waiting to lock monitor 0x00007fdfac003da8 (object 0x000000076e925aa0, a java.lang.Object),
  which is held by "Thread-1"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread-1":
	at com.example.demo.jstack.Jstack.lambda$main$1(Jstack.java:36)
	- waiting to lock <0x000000076e925a90> (a java.lang.Object)
	- locked <0x000000076e925aa0> (a java.lang.Object)
	at com.example.demo.jstack.Jstack$$Lambda$2/2052001577.run(Unknown Source)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"Thread-0":
	at com.example.demo.jstack.Jstack.lambda$main$0(Jstack.java:25)
	- waiting to lock <0x000000076e925aa0> (a java.lang.Object)
	- locked <0x000000076e925a90> (a java.lang.Object)
	at com.example.demo.jstack.Jstack$$Lambda$1/1174361318.run(Unknown Source)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
Found 1 deadlock.

好了，熟悉了 Jstack，我们用一段死循环的代码，通过 Jstack 来定位到使 CPU 占用 100%的代码行

public class JstackDemo {
    public static Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
    private static Object lock = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        Task task1 = new Task();
        Task task2 = new Task();
        executor.execute(task1);
        executor.execute(task2);
    }

    public static class Task implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            synchronized (lock) {
                run0();
            }
        }

        private void run0() {
            int i = 0;
            while (true) {
                i++;
            }
        }
    }
}

1、首先通过top查看到使 CPU 占用到 100%的进程 id

2、使用top -Hp 进程id 查看占用 CPU 最多的线程 id

3、将线程 id 转换为 16 进制

17997 -> 464d

4、使用 Jstack 查看 Java 所在的进程，并找到相应的线程