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Java程序栈信息文件中的秘密

 
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转自：http://blog.csdn.net/jackie_xiaonan/article/details/8546541

 

最近一段时间比较辛苦，产品上线之后问题不断，最近更出现了多个阻塞问题，全靠分析进程栈文件的内容来辅助定位问题。平心而论，做Java开发比较省心，平时开发过程中可能不像在Linux下做C/C++开发的兄弟一样，经常需要分析程序栈和Core文件，而且Java开发过程中可用的调试工具非常多，功能强大，而且调试时也非常方便，但是，分析程序栈仍然是不可或缺的、重要的方法，尤其在产品上线之后，用户出于各种原因可能不乐意软件开发人员部署各种各样的工具，这时，分析程序栈就成了唯一可用并且好用的方法。

首先，Java应用程序的栈如何获取？JDK提供了非常多的工具来完成这个需求，比如GUI界面的jconsole、jvisualvm，命令行下的jstack。GUI的工具比较简单，这里主要讲jstack，比较基础，特别适合在服务器上使用。如下是jstack工具的使用帮助。

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. jstack -l  
  2. Usage:  
  3.     jstack [-l] <pid>  
  4.         (to connect to running process)  
  5.     jstack -F [-m] [-l] <pid>  
  6.         (to connect to a hung process)  
  7.     jstack [-m] [-l] <executable> <core>  
  8.         (to connect to a core file)  
  9.     jstack [-m] [-l] [server_id@]<remote server IP or hostname>  
  10.         (to connect to a remote debug server)  
  11.   
  12. Options:  
  13.     -F  to force a thread dump. Use when jstack <pid> does not respond (process  
  14. is hung)  
  15.     -m  to print both java and native frames (mixed mode)  
  16.     -l  long listing. Prints additional information about locks  
  17.     -h or -help to print this help message  

-l，一般用于附加到运行状态的Java应用，除导出栈信息外，还会记录各个线程当前持有或者等待的锁信息。

 

-m，附加到运行状态的Java应用，可以同时导出java语言和本地栈的信息。

-F，对于-l和-m选项无法导出栈信息时，就只好使用-F选项，强制导出应用的栈信息；照我的理解，这是最后的选择。

jstack强大之处在于除了可以导出在本地运行的Java应用的栈信息，还可以导出运行于远程机器上的Java应用的栈信息，不过这个特性没有怎么用过，需要什么配置还不清楚，这里就不展开了。
下面对一段实例解析，比如对日常开发中常用到的Eclipse导出栈信息，如下。

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. 2013-01-13 11:02:31  
  2. Full thread dump Java HotSpot(TM) Client VM (23.1-b03 mixed mode, sharing):  
  3.   
  4. "[ThreadPool Manager] - Idle Thread" daemon prio=6 tid=0x069a3400 nid=0x84 in Object.wait() [0x0795f000]  
  5.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  6.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  7.     - waiting on <0x239102b8> (a org.eclipse.equinox.internal.util.impl.tpt.threadpool.Executor)  
  8.     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)  
  9.     at org.eclipse.equinox.internal.util.impl.tpt.threadpool.Executor.run(Executor.java:106)  
  10.     - locked <0x239102b8> (a org.eclipse.equinox.internal.util.impl.tpt.threadpool.Executor)  
  11.   
  12.    Locked ownable synchronizers:  
  13.     - None  
  14.   
  15. "Worker-2" prio=6 tid=0x032e5400 nid=0xfc in Object.wait() [0x0655f000]  
  16.    java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (on object monitor)  
  17.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  18.     - waiting on <0x27fd3118> (a org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool)  
  19.     at org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool.sleep(WorkerPool.java:185)  
  20.     - locked <0x27fd3118> (a org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool)  
  21.     at org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool.startJob(WorkerPool.java:217)  
  22.     at org.eclipse.core.internal.jobs.Worker.run(Worker.java:51)  
  23.   
  24.    Locked ownable synchronizers:  
  25.     - None  
  26.   
  27. "Worker-1" prio=6 tid=0x052dd400 nid=0xd88 in Object.wait() [0x0645f000]  
  28.    java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (on object monitor)  
  29.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  30.     - waiting on <0x27fd3118> (a org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool)  
  31.     at org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool.sleep(WorkerPool.java:185)  
  32.     - locked <0x27fd3118> (a org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool)  
  33.     at org.eclipse.core.internal.jobs.WorkerPool.startJob(WorkerPool.java:217)  
  34.     at org.eclipse.core.internal.jobs.Worker.run(Worker.java:51)  
  35.   
  36.    Locked ownable synchronizers:  
  37.     - None  
  38.   
  39. "Bundle File Closer" daemon prio=6 tid=0x052d0800 nid=0xed8 in Object.wait() [0x04aef000]  
  40.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  41.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  42.     - waiting on <0x294bc768> (a org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread)  
  43.     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)  
  44.     at org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread.getNextEvent(EventManager.java:397)  
  45.     - locked <0x294bc768> (a org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread)  
  46.     at org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread.run(EventManager.java:333)  
  47.   
  48.    Locked ownable synchronizers:  
  49.     - None  
  50.   
  51. "Java indexing" daemon prio=4 tid=0x04ddd400 nid=0x1b0 in Object.wait() [0x05e5f000]  
  52.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  53.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  54.     - waiting on <0x289f02e8> (a org.eclipse.jdt.internal.core.search.indexing.IndexManager)  
  55.     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)  
  56.     at org.eclipse.jdt.internal.core.search.processing.JobManager.run(JobManager.java:381)  
  57.     - locked <0x289f02e8> (a org.eclipse.jdt.internal.core.search.indexing.IndexManager)  
  58.     at java.lang.Thread.run(Unknown Source)  
  59.   
  60.    Locked ownable synchronizers:  
  61.     - None  
  62.   
  63. "[Timer] - Main Queue Handler" daemon prio=6 tid=0x0398d800 nid=0x824 in Object.wait() [0x0416f000]  
  64.    java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (on object monitor)  
  65.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  66.     - waiting on <0x28105b68> (a java.lang.Object)  
  67.     at org.eclipse.equinox.internal.util.impl.tpt.timer.TimerImpl.run(TimerImpl.java:141)  
  68.     - locked <0x28105b68> (a java.lang.Object)  
  69.     at java.lang.Thread.run(Unknown Source)  
  70.   
  71.    Locked ownable synchronizers:  
  72.     - None  
  73.   
  74. "Framework Event Dispatcher" daemon prio=6 tid=0x02c4c400 nid=0x56c in Object.wait() [0x03f6f000]  
  75.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  76.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  77.     - waiting on <0x27fd3140> (a org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread)  
  78.     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)  
  79.     at org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread.getNextEvent(EventManager.java:397)  
  80.     - locked <0x27fd3140> (a org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread)  
  81.     at org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread.run(EventManager.java:333)  
  82.   
  83.    Locked ownable synchronizers:  
  84.     - None  
  85.   
  86. "Start Level Event Dispatcher" daemon prio=6 tid=0x03178400 nid=0xd50 in Object.wait() [0x03e6f000]  
  87.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  88.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  89.     - waiting on <0x27fd31b0> (a org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread)  
  90.     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)  
  91.     at org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread.getNextEvent(EventManager.java:397)  
  92.     - locked <0x27fd31b0> (a org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread)  
  93.     at org.eclipse.osgi.framework.eventmgr.EventManager$EventThread.run(EventManager.java:333)  
  94.   
  95.    Locked ownable synchronizers:  
  96.     - None  
  97.   
  98. "State Data Manager" daemon prio=6 tid=0x02c4f400 nid=0x908 waiting on condition [0x03d6f000]  
  99.    java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)  
  100.     at java.lang.Thread.sleep(Native Method)  
  101.     at org.eclipse.osgi.internal.baseadaptor.StateManager.run(StateManager.java:306)  
  102.     at java.lang.Thread.run(Unknown Source)  
  103.   
  104.    Locked ownable synchronizers:  
  105.     - None  
  106.   
  107. "Service Thread" daemon prio=6 tid=0x02c45c00 nid=0x1ac runnable [0x00000000]  
  108.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  109.   
  110.    Locked ownable synchronizers:  
  111.     - None  
  112.   
  113. "C1 CompilerThread0" daemon prio=10 tid=0x02c43000 nid=0xd68 waiting on condition [0x00000000]  
  114.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  115.   
  116.    Locked ownable synchronizers:  
  117.     - None  
  118.   
  119. "Attach Listener" daemon prio=10 tid=0x02c41800 nid=0xf64 waiting on condition [0x00000000]  
  120.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  121.   
  122.    Locked ownable synchronizers:  
  123.     - None  
  124.   
  125. "Signal Dispatcher" daemon prio=10 tid=0x02c40000 nid=0x8ec runnable [0x00000000]  
  126.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  127.   
  128.    Locked ownable synchronizers:  
  129.     - None  
  130.   
  131. "Finalizer" daemon prio=8 tid=0x02c25000 nid=0xeb0 in Object.wait() [0x030ef000]  
  132.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  133.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  134.     - waiting on <0x27eaf9c8> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)  
  135.     at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(Unknown Source)  
  136.     - locked <0x27eaf9c8> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)  
  137.     at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(Unknown Source)  
  138.     at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Unknown Source)  
  139.   
  140.    Locked ownable synchronizers:  
  141.     - None  
  142.   
  143. "Reference Handler" daemon prio=10 tid=0x02c20000 nid=0xe90 in Object.wait() [0x02fef000]  
  144.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  145.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  146.     - waiting on <0x27eaf680> (a java.lang.ref.Reference$Lock)  
  147.     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)  
  148.     at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Unknown Source)  
  149.     - locked <0x27eaf680> (a java.lang.ref.Reference$Lock)  
  150.   
  151.    Locked ownable synchronizers:  
  152.     - None  
  153.   
  154. "main" prio=6 tid=0x00ad8400 nid=0xe4c runnable [0x0012f000]  
  155.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  156.     at org.eclipse.swt.internal.win32.OS.WaitMessage(Native Method)  
  157.     at org.eclipse.swt.widgets.Display.sleep(Display.java:4311)  
  158.     at org.eclipse.ui.application.WorkbenchAdvisor.eventLoopIdle(WorkbenchAdvisor.java:364)  
  159.     at org.eclipse.ui.internal.Workbench.runEventLoop(Workbench.java:2406)  
  160.     at org.eclipse.ui.internal.Workbench.runUI(Workbench.java:2369)  
  161.     at org.eclipse.ui.internal.Workbench.access$4(Workbench.java:2221)  
  162.     at org.eclipse.ui.internal.Workbench$5.run(Workbench.java:500)  
  163.     at org.eclipse.core.databinding.observable.Realm.runWithDefault(Realm.java:332)  
  164.     at org.eclipse.ui.internal.Workbench.createAndRunWorkbench(Workbench.java:493)  
  165.     at org.eclipse.ui.PlatformUI.createAndRunWorkbench(PlatformUI.java:149)  
  166.     at org.eclipse.ui.internal.ide.application.IDEApplication.start(IDEApplication.java:113)  
  167.     at org.eclipse.equinox.internal.app.EclipseAppHandle.run(EclipseAppHandle.java:194)  
  168.     at org.eclipse.core.runtime.internal.adaptor.EclipseAppLauncher.runApplication(EclipseAppLauncher.java:110)  
  169.     at org.eclipse.core.runtime.internal.adaptor.EclipseAppLauncher.start(EclipseAppLauncher.java:79)  
  170.     at org.eclipse.core.runtime.adaptor.EclipseStarter.run(EclipseStarter.java:368)  
  171.     at org.eclipse.core.runtime.adaptor.EclipseStarter.run(EclipseStarter.java:179)  
  172.     at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)  
  173.     at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)  
  174.     at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)  
  175.     at java.lang.reflect.Method.invoke(Unknown Source)  
  176.     at org.eclipse.equinox.launcher.Main.invokeFramework(Main.java:559)  
  177.     at org.eclipse.equinox.launcher.Main.basicRun(Main.java:514)  
  178.     at org.eclipse.equinox.launcher.Main.run(Main.java:1311)  
  179.   
  180.    Locked ownable synchronizers:  
  181.     - None  
  182.   
  183. "VM Thread" prio=10 tid=0x02c1e800 nid=0x788 runnable   
  184.   
  185. "VM Periodic Task Thread" prio=10 tid=0x02c53800 nid=0xfbc waiting on condition   
  186.   
  187. JNI global references: 272  

Eclipse是用Java开发的，所以导出的栈信息从格式上应当是具有普适性的。从上述样例中，首先可以看出这段栈信息是在2013-01-13 11:02:31导出的，时间精确到了秒；另外还给出了Eclipse运行时使用的JRE的版本和类型。JRE分为桌面版和服务器版，Client标识当前应用使用了桌面版JRE，针对桌面应用进行了特别的优化，其它方面的区别可以Google一下，差别比较大，这里不赘述。java应用启动时，可以通过命令行选项控制对字节码的执行方式为纯解释、解释加编译（混合，mixed mode）、纯编译，样例中使用了混合模式，JRE在运行时会对热点代码进行重点优化，翻译成机器代码运行，至于何为热点，可以继续Google，JVM有一套复杂的算法来甄别。

 

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. "[ThreadPool Manager] - Idle Thread" daemon prio=6 tid=0x069a3400 nid=0x84 in Object.wait() [0x0795f000]  
  2.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  3.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  4.     - waiting on <0x239102b8> (a org.eclipse.equinox.internal.util.impl.tpt.threadpool.Executor)  
  5.     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)  
  6.     at org.eclipse.equinox.internal.util.impl.tpt.threadpool.Executor.run(Executor.java:106)  
  7.     - locked <0x239102b8> (a org.eclipse.equinox.internal.util.impl.tpt.threadpool.Executor)  
  8.   
  9.    Locked ownable synchronizers:  
  10.     - None  

这是从样例中截取出来的一个线程的栈信息，从中可以得知如下的信息：

 

1、这个线程的名称为[ThreadPool Manager] - Idle Thread，实际开发过程中使用可以使用Thread对象的setName方法修改；这里可以看出设置线程名字属性的必要性，导出栈信息的时候就有用了，可以通过线程名字方便的定位到问题代码块；

2、优先级为6，不过优先级意义不大，对分析应用帮助不大，Java的教程中也不推荐修改线程的优先级，所以这里跳过；

3、tid和nid，16进制表示，这两个字段中有一个可以对应到操作系统调度时使用的线程ID，这在Linux下特别有用，因为top -H命令可以输出各个线程的CPU占用率，借助栈信息，可以方便的定位到CPU占用高的线程，这个很有用，在其它平台暂时还看不出什么意义；

4、当前栈顶，为java.lang.Object.wait方法；

5、线程状态，java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)；java.lang.Thread.State是什么？有兴趣的话可以翻看JDK的源码，源码很简单，注释很详细，给出了Java线程可能存在的状态；

6、当前线程是否处于同步块内，   Locked ownable synchronizers:，这里值为None，说明当前线程没有处于同步块内。

限于我自己对于Java栈的理解，这里对于单个线程栈的解读比较粗，不过说来应当是够用了。

上面写了Java程序栈的获取方法和格式，那么有一个问题，为什么要获取栈信息、解析这个栈信息有什么用呢？这是一个好问题，毕竟无利不起早，程序员是世界上最聪明的人类群体，没有时间花费在没有产出的事情。虽然做Java开发相比较C/C++要容易一些，但在分析死锁、CPU高的问题时，分析的手法和C/C++程序员差不多，基本都要通过栈调用来分析问题。

通过栈信息分析CPU高的方法上面已经讲过，这里简单说明一下，借助Linux下的top -H命令，输出全部线程的CPU、内存信息，找到占用比较高的线程ID，换算成16进制，然后在栈信息文件中搜索，检查是否有匹配行，如果找到并且位置在nid=或者tid=的后面，说明事发线程找到了。

通过栈信息分析死锁问题的方法相对要麻烦一点，需要一点准备知识，对Java语言的线程可能处于的状态有一定了解，Java语言教程里的讲解比较抽象，这里先来点干货，直接上点JDK中的源码。引用JDK的源码希望不会招致JDK开发人员的不满，这里仅仅是为了叙述方便。

 

[java] view plaincopyprint?
 
  1. public enum State {  
  2.     /** 
  3.      * Thread state for a thread which has not yet started. 
  4.      */  
  5.     NEW,  
  6.   
  7.     /** 
  8.      * Thread state for a runnable thread.  A thread in the runnable 
  9.      * state is executing in the Java virtual machine but it may 
  10.      * be waiting for other resources from the operating system 
  11.      * such as processor. 
  12.      */  
  13.     RUNNABLE,  
  14.   
  15.     /** 
  16.      * Thread state for a thread blocked waiting for a monitor lock. 
  17.      * A thread in the blocked state is waiting for a monitor lock 
  18.      * to enter a synchronized block/method or 
  19.      * reenter a synchronized block/method after calling 
  20.      * {@link Object#wait() Object.wait}. 
  21.      */  
  22.     BLOCKED,  
  23.   
  24.     /** 
  25.      * Thread state for a waiting thread. 
  26.      * A thread is in the waiting state due to calling one of the 
  27.      * following methods: 
  28.      * <ul> 
  29.      *   <li>{@link Object#wait() Object.wait} with no timeout</li> 
  30.      *   <li>{@link #join() Thread.join} with no timeout</li> 
  31.      *   <li>{@link LockSupport#park() LockSupport.park}</li> 
  32.      * </ul> 
  33.      * 
  34.      * <p>A thread in the waiting state is waiting for another thread to 
  35.      * perform a particular action. 
  36.      * 
  37.      * For example, a thread that has called <tt>Object.wait()</tt> 
  38.      * on an object is waiting for another thread to call 
  39.      * <tt>Object.notify()</tt> or <tt>Object.notifyAll()</tt> on 
  40.      * that object. A thread that has called <tt>Thread.join()</tt> 
  41.      * is waiting for a specified thread to terminate. 
  42.      */  
  43.     WAITING,  
  44.   
  45.     /** 
  46.      * Thread state for a waiting thread with a specified waiting time. 
  47.      * A thread is in the timed waiting state due to calling one of 
  48.      * the following methods with a specified positive waiting time: 
  49.      * <ul> 
  50.      *   <li>{@link #sleep Thread.sleep}</li> 
  51.      *   <li>{@link Object#wait(long) Object.wait} with timeout</li> 
  52.      *   <li>{@link #join(long) Thread.join} with timeout</li> 
  53.      *   <li>{@link LockSupport#parkNanos LockSupport.parkNanos}</li> 
  54.      *   <li>{@link LockSupport#parkUntil LockSupport.parkUntil}</li> 
  55.      * </ul> 
  56.      */  
  57.     TIMED_WAITING,  
  58.   
  59.     /** 
  60.      * Thread state for a terminated thread. 
  61.      * The thread has completed execution. 
  62.      */  
  63.     TERMINATED;  
  64. }  

对于有一定多线程开发经验的人来说，上面的注释理解起来应当不是问题。

 

1、什么状态下是NEW，线程对象被new出来，但是还没有调用start方法，这时就被称为NEW；

2、RUNNABLE，线程对象已经被调用了start方法，但是，这个线程的run方法可能运行也可能没有运行，依赖于操作系统的行为；

3、BLOCKED，简单的说，线程进入了synchronized关键字标识的同步块，但和4状态有所区别；

4、WAITING和TIMED_WAITING差不多，一般是调用了对象的wait方法，需要其它线程在特定场景使用notify/notifyAll方法；

5、TERMINATED，这个状态比较直白，run方法退出运行，即进入这个状态；

 

栈信息本身并不神秘，格式和内容都比较单一，但借助程序的调用栈信息可以观察到很多有用的信息。借助栈信息来分析有时候被认为是一种秘技，实际上这是一种误解。古人云，读书百遍，其义自见，程序调用栈信息看多了自然就会明白。下面结合java.lang.Thread.State类的注释，举几个代码及其调用栈的例子，相信对于聪明的同学，入门就不困难了。但原理什么的，就得靠自己了，至少得读一下java.lang.Thread.State类的注释吧。

下面的例子都是使用Oracle公司出品的Java7编译和测试的，具体的版本信息如下。

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. java -version  
  2. java version "1.7.0_11"  
  3. Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_11-b21)  
  4. Java HotSpot(TM) Client VM (build 23.6-b04, mixed mode, sharing)  

例子一

 

[java] view plaincopyprint?
 
  1. public class DeadLock {  
  2.     public static void main(final String[] args) throws Exception {  
  3.         final Object obj = new Object();  
  4.         new Thread() {  
  5.             @Override  
  6.             public void run() {  
  7.                 callWait(obj);  
  8.             };  
  9.         }.start();  
  10.         Thread.sleep(3000L);  
  11.         synchronized (obj) {  
  12.             try {  
  13.                 obj.wait();  
  14.             }  
  15.             catch (final InterruptedException e) {  
  16.                 e.printStackTrace();  
  17.             }  
  18.         }  
  19.     }  
  20.   
  21.     static void callWait(final Object obj) {  
  22.         synchronized (obj) {  
  23.             try {  
  24.                 obj.wait();  
  25.             }  
  26.             catch (final InterruptedException e) {  
  27.                 e.printStackTrace();  
  28.             }  
  29.         }  
  30.     }  
  31. }  

这段代码并不复杂，做的事情比较明确，一共存在有两个线程，都会调用callWait方法，在callWait方法中又会对一个对象加锁，调用对应的wait方法。这个例子模拟的错误就是wait方法和notify/notifyAll方法没有成对的调用，导致程序出现死锁现象。问题说到这里，解决的方法自然非常明确，但是重点在根据程序的调用栈来发现问题，因而需要实地执行程序，同时使用jstack工具获取栈信息，了解从栈信息中如何发现问题的根本原因。

 

 

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  1. "main" prio=6 tid=0x00868800 nid=0x1370 in Object.wait() [0x0098f000]  
  2.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  3.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  4.     - waiting on <0x22bc2c08> (a java.lang.Object)  
  5.     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)  
  6.     at DeadLock.main(DeadLock.java:30)  
  7.     - locked <0x22bc2c08> (a java.lang.Object)  
  8.   
  9.    Locked ownable synchronizers:  
  10.     - None  
  11.   
  12. "Thread-0" prio=6 tid=0x02b22000 nid=0x1044 in Object.wait() [0x0316f000]  
  13.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  14.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  15.     - waiting on <0x22bc2c08> (a java.lang.Object)  
  16.     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)  
  17.     at DeadLock$1.run(DeadLock.java:14)  
  18.     - locked <0x22bc2c08> (a java.lang.Object)  
  19.   
  20.    Locked ownable synchronizers:  
  21.     - None  

上面只是栈文件中的一部分，两个线程的栈信息块之间可能也没有离这么近，为了缩短篇幅，做了一定的裁剪，去掉了问题不相关的部分。可以发现0x22bc2c08一共出现了四次，两段栈信息中各出现再次，顺序一样，都是调用了wait方法后进入了WAITING状态，同时都没有持有对象的锁。有趣的现象哈。

例子二

 

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  1. public class DeadLock {  
  2.     public static void main(final String[] args) throws Exception {  
  3.         Thread.currentThread().setName("main thread");  
  4.         final Thread r = new Thread() {  
  5.             @Override  
  6.             public void run() {  
  7.                 try {  
  8.                     Thread.sleep(200000L);  
  9.                 }  
  10.                 catch (final InterruptedException e) {  
  11.                     e.printStackTrace();  
  12.                 }  
  13.             };  
  14.         };  
  15.         r.setName("another thread");  
  16.         r.start();  
  17.         System.out.println("start to sleeping");  
  18.         Thread.sleep(100000L);  
  19.         System.out.println("start to joining");  
  20.         r.join();  
  21.     }  
  22. }  

这段样例代码很简单，就是两个线程各自调用了sleep方法，但时间不相同，然后在主函数结尾处，还等待新线程结束。对于这段样例，存在两次抓取栈信息的机会，第一次是屏幕输出“start to sleeping”时，可以截取出如下的栈信息。

 

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. "another thread" prio=6 tid=0x02b22400 nid=0x2058 waiting on condition [0x0316f000]  
  2.    java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)  
  3.     at java.lang.Thread.sleep(Native Method)  
  4.     at DeadLock$1.run(DeadLock.java:9)  
  5.   
  6.    Locked ownable synchronizers:  
  7.     - None  
  8. "main thread" prio=6 tid=0x00868800 nid=0x2720 waiting on condition [0x0098f000]  
  9.    java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)  
  10.     at java.lang.Thread.sleep(Native Method)  
  11.     at DeadLock.main(DeadLock.java:19)  
  12.   
  13.    Locked ownable synchronizers:  
  14.     - None  

很明显，两个线程当前都处于sleep状态。第二次抓取栈信息是屏幕输出“start to joining”，这时主线程的等待已执行完成，主线程开始等待新线程执行完成，可以截取到如下的栈信息。

 

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. "another thread" prio=6 tid=0x02b22400 nid=0x2058 waiting on condition [0x0316f000]  
  2.    java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)  
  3.     at java.lang.Thread.sleep(Native Method)  
  4.     at DeadLock$1.run(DeadLock.java:9)  
  5.   
  6.    Locked ownable synchronizers:  
  7.     - None  
  8. "main thread" prio=6 tid=0x00868800 nid=0x2720 in Object.wait() [0x0098f000]  
  9.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  10.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  11.     - waiting on <0x22bc3d70> (a DeadLock$1)  
  12.     at java.lang.Thread.join(Thread.java:1258)  
  13.     - locked <0x22bc3d70> (a DeadLock$1)  
  14.     at java.lang.Thread.join(Thread.java:1332)  
  15.     at DeadLock.main(DeadLock.java:21)  
  16.   
  17.    Locked ownable synchronizers:  
  18.     - None  

和预期一致，新线程处于sleep状态，而主线程已进入了wait状态。

例子三

 

[java] view plaincopyprint?
 
  1. public class DeadLock {  
  2.     public static void main(final String[] args) throws Exception {  
  3.         final Object lock1 = new Object();  
  4.         final Object lock2 = new Object();  
  5.         Thread.currentThread().setName("main-thread");  
  6.         final Thread r = new Thread("another-thread") {  
  7.             @Override  
  8.             public void run() {  
  9.                 try {  
  10.                     synchronized (lock2) {  
  11.                         Thread.sleep(20000);  
  12.                         synchronized (lock1) {  
  13.                             Thread.sleep(20000);  
  14.                         }  
  15.                     }  
  16.                 }  
  17.                 catch (final Exception e) {  
  18.                     e.printStackTrace();  
  19.                 }  
  20.             }  
  21.         };  
  22.         r.start();  
  23.         Thread.sleep(5000);  
  24.         synchronized (lock1) {  
  25.             Thread.sleep(20000);  
  26.             synchronized (lock2) {  
  27.                 Thread.sleep(20000);  
  28.             }  
  29.         }  
  30.     }  
  31. }  

这段代码可能有点复杂，但原理不麻烦，就是描述了经典的加锁顺序问题。栈信息比较有趣，裁剪之后如下。

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. "another-thread" prio=6 tid=0x02b22400 nid=0x2250 waiting for monitor entry [0x0316f000]  
  2.    java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)  
  3.     at DeadLock$1.run(DeadLock.java:14)  
  4.     - waiting to lock <0x22bc3f90> (a java.lang.Object)  
  5.     - locked <0x22bc3f98> (a java.lang.Object)  
  6.   
  7.    Locked ownable synchronizers:  
  8.     - None  
  9. "main-thread" prio=6 tid=0x00868800 nid=0x2634 waiting for monitor entry [0x0098f000]  
  10.    java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)  
  11.     at DeadLock.main(DeadLock.java:28)  
  12.     - waiting to lock <0x22bc3f98> (a java.lang.Object)  
  13.     - locked <0x22bc3f90> (a java.lang.Object)  
  14.   
  15.    Locked ownable synchronizers:  
  16.     - None  
  17. Found one Java-level deadlock:  
  18. =============================  
  19. "another-thread":  
  20.   waiting to lock monitor 0x02ad433c (object 0x22bc3f90, a java.lang.Object),  
  21.   which is held by "main-thread"  
  22. "main-thread":  
  23.   waiting to lock monitor 0x02ad363c (object 0x22bc3f98, a java.lang.Object),  
  24.   which is held by "another-thread"  
  25.   
  26. Java stack information for the threads listed above:  
  27. ===================================================  
  28. "another-thread":  
  29.     at DeadLock$1.run(DeadLock.java:14)  
  30.     - waiting to lock <0x22bc3f90> (a java.lang.Object)  
  31.     - locked <0x22bc3f98> (a java.lang.Object)  
  32. "main-thread":  
  33.     at DeadLock.main(DeadLock.java:28)  
  34.     - waiting to lock <0x22bc3f98> (a java.lang.Object)  
  35.     - locked <0x22bc3f90> (a java.lang.Object)  
  36.   
  37. Found 1 deadlock.  

主线程中提示了当前持有的锁和期望获取的锁，而新线程也存在类似的提示，只是获取锁的顺序不同。从栈信息可以看出，两个线程都处于BLOCKED状态。可能是源代码中的问题过于明显，导出的栈信息中给出了死锁的提示信息，实际项目的业务代码比样例要复杂，JVM可能做不到这么智能。这里的提示信息多多少少有点让我失望，在主线程栈信息的最后一部分没有输出当前持有锁的列表，很奇怪，不知道是不是和JDK的实现有关。

样例四

 

[java] view plaincopyprint?
 
  1. import java.security.SecureRandom;  
  2. import java.util.concurrent.SynchronousQueue;  
  3. import java.util.concurrent.ThreadFactory;  
  4. import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  
  5. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
  6. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  
  7. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;  
  8.   
  9. public class DeadLock {  
  10.     private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();  
  11.     private static final SecureRandom random = new SecureRandom();  
  12.   
  13.     public DeadLock() {  
  14.     }  
  15.   
  16.     public void runWork() {  
  17.   
  18.         final ThreadPoolExecutor threadpool = new ThreadPoolExecutor(3, 3, 60L, TimeUnit.DAYS,  
  19.                         new SynchronousQueue<Runnable>(), new ThreadFactory() {  
  20.             private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(1);  
  21.             @Override  
  22.             public Thread newThread(final Runnable r) {  
  23.                 return new Thread(r, "thread-sn-" + counter.getAndIncrement());  
  24.             }  
  25.         });  
  26.         threadpool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());  
  27.         Thread.currentThread().setName("main-thread");  
  28.         for (int i = 0; i < 15; ++i) {  
  29.             threadpool.submit(new Runnable() {  
  30.                 @Override  
  31.                 public void run() {  
  32.                     try {  
  33.   
  34.                         int timeout = 0;  
  35.                         while ((timeout = random.nextInt()) <= 0) {  
  36.                         }  
  37.                         timeout = timeout % 111;  
  38.                         Thread.sleep(timeout * 100L);  
  39.   
  40.                         lock.lock();  
  41.                         callLongTime();  
  42.   
  43.                     }  
  44.                     catch (final Exception e) {  
  45.                         e.printStackTrace();  
  46.                     }  
  47.                     finally {  
  48.                         lock.unlock();  
  49.                     }  
  50.                 }  
  51.             });  
  52.         }  
  53.         threadpool.shutdown();  
  54.     }  
  55.   
  56.     public static void main(final String[] args) throws Exception {  
  57.         new DeadLock().runWork();  
  58.     }  
  59.   
  60.     static long callLongTime() {  
  61.         System.out.println("thread name " + Thread.currentThread().getName());  
  62.         long sum = 0;  
  63.         for (long i = 0; i < 10000000000L; ++i) {  
  64.             sum = sum ^ i + i;  
  65.         }  
  66.         return sum;  
  67.     }  
  68. }  

最后一个样例，写的比较复杂，但事情比较简单，线程之间的同步关键字换成了Java5提供的concurrent库中的重入锁。

 

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. "thread-sn-3" prio=6 tid=0x02de8400 nid=0x2688 runnable [0x0320f000]  
  2.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  3.     at DeadLock.callLongTime(DeadLock.java:63)  
  4.     at DeadLock$2.run(DeadLock.java:41)  
  5.     at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:471)  
  6.     at java.util.concurrent.FutureTask$Sync.innerRun(FutureTask.java:334)  
  7.     at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:166)  
  8.     at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1110)  
  9.     at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:603)  
  10.     at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)  
  11.   
  12.    Locked ownable synchronizers:  
  13.     - <0x22be1488> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)  
  14.     - <0x22be66d8> (a java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker)  
  15.   
  16. "thread-sn-2" prio=6 tid=0x02de6c00 nid=0x218c waiting on condition [0x031bf000]  
  17.    java.lang.Thread.State: WAITING (parking)  
  18.     at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)  
  19.     - parking to wait for  <0x22be1488> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)  
  20.     at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:186)  
  21.     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:834)  
  22.     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued(AbstractQueuedSynchronizer.java:867)  
  23.     at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire(AbstractQueuedSynchronizer.java:1197)  
  24.     at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync.lock(ReentrantLock.java:214)  
  25.     at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lock(ReentrantLock.java:290)  
  26.     at DeadLock$2.run(DeadLock.java:40)  
  27.     at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:471)  
  28.     at java.util.concurrent.FutureTask$Sync.innerRun(FutureTask.java:334)  
  29.     at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:166)  
  30.     at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1110)  
  31.     at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:603)  
  32.     at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)  
  33.   
  34.    Locked ownable synchronizers:  
  35.     - <0x22be64e0> (a java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker)  

栈信息比较有趣，JVM在每个线程线的最后部分输出了当前线程持有的锁对象，类型和地址。从上述的信息中可以找到，当前处于运行状态的线程持有了一个地址为0x22be1488的锁，而这个锁正是其它线程等待获取的锁对象。

 

关于Java应用导出的栈信息，由于包含了线程ID，因而还有一个妙用，即可以用来分析各个线程CPU占用情况，这样可以用来分析CPU占用过高的问题，从而指导CPU相关的优化类工作。

先看导出的栈信息的一部分。

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. "main" prio=6 tid=0x00868c00 nid=0x19a4 waiting on condition [0x0098f000]  
  2.    java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)  
  3.     at java.lang.Thread.sleep(Native Method)  
  4.     at DeadLock.main(DeadLock.java:3)  
  5.   
  6.    Locked ownable synchronizers:  
  7.     - None  

nid字段即标识出了操作系统的线程ID，使用16进程表示。现在有了操作系统的线程ID，那么有什么方法可以观察到各个线程占用的CPU吗？

 

对于Linux平台，可以使用top命令和选项H，样例如下。

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. # top -H -p <pid>  

从输出中可以找到各个线程的ID，使用10进制表示。为了找到各个线程对应的栈信息，需要手工把用top命令观察到的线程ID转换为16进制表示，然后在进程的栈信息文件中查找。

 

对于Windows平台，需要下载一个免费的工具，鼎鼎大名的ProcessExplorer。通过这个工具，可以方便的查看目标Java进程的线程ID列表及CPU占用率，但为了查明占用CPU高的线程具体在做什么，还是需要将线程ID手工转换为16进制表示，然后到栈信息文件中查找。

 

如果亲自动手分析Java应用导出的栈信息的话，可以惊讶的发现，原来栈信息中包括了JVM完成自己特定任务的线程栈信息。下面看个例子。

 

[java] view plaincopyprint?
 
  1. public class Test {  
  2.     public static void main(final String[] args) throws Exception {  
  3.         Thread.sleep(200000L);  
  4.     }  
  5. }  

这是一段非常简单的代码，只有一个线程，并且只做了一件事，那就是睡大觉。为了能够说明问题，在Eclipse中运行这段代码时，增加如下的JVM启动参数，配置如下参数的原因下面会提到。

 

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. -XX:+UseConcMarkSweepGC  

程序启动后，使用jstack命令导出线程栈的列表，如下。

 

 

[plain] view plaincopyprint?
 
  1. 2013-02-12 01:27:24  
  2. Full thread dump Java HotSpot(TM) Client VM (23.6-b04 mixed mode):  
  3.   
  4. "Service Thread" daemon prio=6 tid=0x17975c00 nid=0x202c runnable [0x00000000]  
  5.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  6.   
  7.    Locked ownable synchronizers:  
  8.     - None  
  9.   
  10. "C1 CompilerThread0" daemon prio=10 tid=0x17973400 nid=0x25dc waiting on condition [0x00000000]  
  11.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  12.   
  13.    Locked ownable synchronizers:  
  14.     - None  
  15.   
  16. "Attach Listener" daemon prio=10 tid=0x1796e400 nid=0x1cf0 waiting on condition [0x00000000]  
  17.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  18.   
  19.    Locked ownable synchronizers:  
  20.     - None  
  21.   
  22. "Signal Dispatcher" daemon prio=10 tid=0x1796cc00 nid=0x1d3c runnable [0x00000000]  
  23.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  24.   
  25.    Locked ownable synchronizers:  
  26.     - None  
  27.   
  28. "Surrogate Locker Thread (Concurrent GC)" daemon prio=6 tid=0x1796b400 nid=0x21ec waiting on condition [0x00000000]  
  29.    java.lang.Thread.State: RUNNABLE  
  30.   
  31.    Locked ownable synchronizers:  
  32.     - None  
  33.   
  34. "Finalizer" daemon prio=8 tid=0x17921800 nid=0x2618 in Object.wait() [0x177df000]  
  35.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  36.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  37.     - waiting on <0x02be56a0> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)  
  38.     at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:135)  
  39.     - locked <0x02be56a0> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)  
  40.     at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:151)  
  41.     at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:177)  
  42.   
  43.    Locked ownable synchronizers:  
  44.     - None  
  45.   
  46. "Reference Handler" daemon prio=10 tid=0x02b3e400 nid=0x2304 in Object.wait() [0x1778f000]  
  47.    java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)  
  48.     at java.lang.Object.wait(Native Method)  
  49.     - waiting on <0x02be5278> (a java.lang.ref.Reference$Lock)  
  50.     at java.lang.Object.wait(Object.java:503)  
  51.     at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:133)  
  52.     - locked <0x02be5278> (a java.lang.ref.Reference$Lock)  
  53.   
  54.    Locked ownable synchronizers:  
  55.     - None  
  56.   
  57. "main" prio=6 tid=0x00868c00 nid=0x1dc waiting on condition [0x0098f000]  
  58.    java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)  
  59.     at java.lang.Thread.sleep(Native Method)  
  60.     at DeadLock.main(DeadLock.java:3)  
  61.   
  62.    Locked ownable synchronizers:  
  63.     - None  
  64.   
  65. "VM Thread" prio=10 tid=0x02b38800 nid=0x195c runnable   
  66.   
  67. "Gang worker#0 (Parallel GC Threads)" prio=10 tid=0x0086c800 nid=0x2780 runnable   
  68.   
  69. "Gang worker#1 (Parallel GC Threads)" prio=10 tid=0x02a40c00 nid=0x25a0 runnable   
  70.   
  71. "Concurrent Mark-Sweep GC Thread" prio=10 tid=0x02ab6000 nid=0x1828 runnable   
  72. "VM Periodic Task Thread" prio=10 tid=0x17989c00 nid=0x20b0 waiting on condition   
  73.   
  74. JNI global references: 115  

是不是非常壮观，这么简单的代码在JVM内部运行时，居然需要生成这么多的线程。另外在文件的尾部，还可以看到CMS垃圾回收器的线程，是不是很有意思？这也是上面增加相关参数的原因。

 

这里举这个例子只是想说明通过分析Java应用导出的栈信息文件是一种很有效的窥视JVM内部实现的方法，至于能窥视到多少信息，就要看各人的实力了。本人才疏学浅，暂时还看不出什么特别的东东，目前只能看出JVM自动生成了哪些线程，至于各个线程的作用，除了垃圾回收器相关的，其它线程的功能暂时还不清楚，留待以后找到资料再说。

曾经在工作中借助top之类的命令来定位Java应用占用CPU过高的问题时，偶然发现过执行垃圾回收任务的线程占用很高CPU的情况，不过问题的根本原因和JVM倒没有什么关系。

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| 三个实例演示 Java Thread Dump 日志分析
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