42. 如何使用jstack分析Java线程堆栈？在什么场景下使用？

jstack 是JDK自带的一个命令行工具，用于生成指定Java进程的线程堆栈（Thread Dump）。线程堆栈展示了每个线程当前的执行状态以及它们正在执行的代码位置。通过分析这些堆栈信息，可以帮助开发者排查和诊断各种问题，如线程死锁、长时间的CPU占用、高并发导致的性能瓶颈等。

1. 基本使用

jstack 的基本语法如下：

jstack [option] <vmid>

• <vmid>：目标JVM的进程ID（PID），可以通过 jps 命令获取。
• [option]：可选参数，用于指定输出的格式或获取堆栈的方式。

生成线程堆栈

最常见的使用方法是生成指定Java进程的线程堆栈信息：

jstack <vmid>

示例：

jstack 12345

这条命令会输出进程ID为12345的Java应用程序的所有线程堆栈信息。

保存线程堆栈到文件

你还可以将输出的线程堆栈信息保存到文件中，便于后续分析：

jstack <vmid> > thread_dump.txt

示例：

jstack 12345 > /tmp/thread_dump.txt

这条命令会将进程ID为12345的Java进程的线程堆栈信息保存到 /tmp/thread_dump.txt 文件中。

其他常用选项

• -l：显示附加信息，包括锁的相关信息，如java.util.concurrent包中的同步器（锁、Condition等）持有的锁。

  示例：

  jstack -l 12345

• -m：混合模式，显示Java堆栈帧以及本地方法调用的C/C++堆栈帧。

  示例：

  jstack -m 12345

• -F：强制输出线程堆栈信息，当目标进程不响应时可以使用此选项。

  示例：

  jstack -F 12345

2. 分析线程堆栈的场景

2.1 分析线程死锁

线程死锁 发生在两个或多个线程互相等待对方释放锁，从而导致程序永久阻塞。jstack 可以帮助识别死锁线程，并展示死锁链。

示例分析： 假设通过 jstack 生成的堆栈信息中，你发现如下内容：

Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-1":
  waiting to lock monitor 0x000000076b4f6c48 (object 0x000000076c0004b0, a java.lang.Object),
  which is held by "Thread-2"
"Thread-2":
  waiting to lock monitor 0x000000076b4f6bf8 (object 0x000000076c0004c0, a java.lang.Object),
  which is held by "Thread-1"

这个输出显示了Thread-1 和 Thread-2 之间发生了死锁，Thread-1 持有Thread-2需要的锁，Thread-2 持有Thread-1需要的锁。通过这种信息，你可以快速定位死锁问题。

2.2 诊断CPU过高的线程

如果发现Java进程的CPU使用率异常高，通常需要检查哪个线程在消耗大量的CPU。可以通过以下步骤来分析：

1. 找出高CPU消耗的线程：
   • 使用 top 或 ps -mp 命令查找哪个线程消耗了大量的CPU。记录下该线程的ID（TID），并将其转换为十六进制格式。
2. 生成线程堆栈：
   • 使用 jstack 生成线程堆栈，并查找对应于高CPU消耗线程的堆栈。
3. 分析线程堆栈：
   • 通过查看对应TID的堆栈信息，可以分析该线程在做什么操作。例如，可能在进行大量的循环计算，或者在处理I/O操作。

示例： 假设 top 显示某个线程的TID为1234（十六进制为0x4d2），然后在 jstack 的输出中查找包含 nid=0x4d2 的堆栈，分析该线程的执行情况。

2.3 调试线程阻塞和等待问题

有时，程序可能出现长时间的线程阻塞或等待状态，导致性能下降。通过 jstack，可以查看哪些线程处于阻塞状态，以及它们在等待什么资源。

示例：

"Worker-1" #13 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001abc1234 nid=0x1a84 waiting on condition [0x000000002bcd1000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
   at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
   - parking to wait for  <0x000000076b4f6c48> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
   at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
   at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:836)
   ...

在此示例中，线程Worker-1处于WAITING状态，它在等待一个ReentrantLock锁，可能存在锁竞争或资源争用问题。

3. 常见的分析步骤

• 收集多次线程堆栈：在复杂的问题下，单次线程堆栈可能不足以判断问题原因。建议在不同时刻（间隔几秒钟）多次运行 jstack，收集多个堆栈信息进行分析。
• 查找热点线程：通过多次线程堆栈信息，查找哪些线程在持续执行（RUNNABLE状态），或者哪些线程一直处于等待状态，从而定位可能的性能瓶颈或资源争用问题。
• 与其他监控工具结合使用：jstack 可以与 jstat、jmap、jconsole 等其他JVM工具结合使用，提供更全面的性能诊断。

4. 总结

jstack 是一个强大且简单易用的工具，用于生成和分析Java线程堆栈。它特别适用于以下场景：

• 检查和诊断线程死锁问题。
• 识别和分析CPU过高的线程。
• 诊断线程长时间阻塞或等待的问题。
• 调试复杂的多线程并发问题。

通过合理使用 jstack，可以更好地理解Java应用程序的运行状态，识别和解决性能问题，确保系统的稳定性和高效运行。