jstack 堆栈日志分析

一、线程的状态

线程间的状态转换： 

1. 新建(new)：新创建了一个线程对象。

2. 可运行(runnable)：线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取cpu 的使用权 。

3. 运行(running)：可运行状态(runnable)的线程获得了cpu 时间片（timeslice） ，执行程序代码。

4. 阻塞(block)：阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了cpu 使用权，也即让出了cpu timeslice，暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得cpu timeslice 转到运行(running)状态。阻塞的情况分三种： 

(一). 等待阻塞：运行(running)的线程执行o.wait()方法，JVM会把该线程放入等待队列(waitting queue)中。

(二). 同步阻塞：运行(running)的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池(lock pool)中。

(三). 其他阻塞：运行(running)的线程执行Thread.sleep(long ms)或t.join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入可运行(runnable)状态。

5. 死亡(dead)：线程run()、main() 方法执行结束，或者因异常退出了run()方法，则该线程结束生命周期。死亡的线程不可再次复生。

二、线程的entry sets 和 wait sets

有关Java的线程锁与entry set和wait set的关系，抑或是说这个图包含了Java线程的奥秘，不懂这个图或者是没有见过这个图的话，只能说明对于Java的线程锁还是一知半解的。

（1）所有期待获得锁的线程，在锁已经被其它线程拥有的时候，这些期待获得锁的线程就进入了Object Lock的entry set区域。

（2）所有曾经获得过锁，但是由于其它必要条件不满足而需要wait的时候，线程就进入了Object Lock的wait set区域 。

（3）在wait set区域的线程获得Notify/notifyAll通知的时候，随机的一个Thread（Notify）或者是全部的Thread（NotifyALL）从Object Lock的wait set区域进入了entry set中。

（4）在当前拥有锁的线程释放掉锁的时候，处于该Object Lock的entryset区域的线程都会抢占该锁，但是只能有任意的一个Thread能取得该锁，而其他线程依然在entry set中等待下次来抢占到锁之后再执行。

三、实例分析

jstack Dump 日志文件中的线程状态

dump 文件里，值得关注的线程状态有：

1. 死锁，Deadlock（重点关注） 
2. 执行中，Runnable   
3. 等待资源，Waiting on condition（重点关注） 
4. 等待获取监视器，Waiting on monitor entry（重点关注）
5. 暂停，Suspended
6. 对象等待中，Object.wait() 或 TIMED_WAITING
7. 阻塞，Blocked（重点关注）  
8. 停止，Parked

下面我们先从第一个例子开始分析，然后再列出不同线程状态的含义以及注意事项，最后再补充两个实例。

综合示范一：Waiting to lock 和 Blocked

实例如下：

"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)

……

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。

 

Dump文件中的线程状态含义及注意事项

含义如下所示：

• Deadlock：死锁线程，一般指多个线程调用间，进入相互资源占用，导致一直等待无法释放的情况。
• Runnable：一般指该线程正在执行状态中，该线程占用了资源，正在处理某个请求，有可能正在传递SQL到数据库执行，有可能在对某个文件操作，有可能进行数据类型等转换。
• Waiting on condition：等待资源，或等待某个条件的发生。具体原因需结合 stacktrace来分析。
  • 如果堆栈信息明确是应用代码，则证明该线程正在等待资源。一般是大量读取某资源，且该资源采用了资源锁的情况下，线程进入等待状态，等待资源的读取。
  • 又或者，正在等待其他线程的执行等。
  • 如果发现有大量的线程都在处在 Wait on condition，从线程 stack看，正等待网络读写，这可能是一个网络瓶颈的征兆。因为网络阻塞导致线程无法执行。
    • 一种情况是网络非常忙，几乎消耗了所有的带宽，仍然有大量数据等待网络读写；
    • 另一种情况也可能是网络空闲，但由于路由等问题，导致包无法正常的到达。
  • 另外一种出现 Wait on condition的常见情况是该线程在 sleep，等待 sleep的时间到了时候，将被唤醒。
• Blocked：线程阻塞，是指当前线程执行过程中，所需要的资源长时间等待却一直未能获取到，被容器的线程管理器标识为阻塞状态，可以理解为等待资源超时的线程。
• Waiting for monitor entry 和 in Object.wait()：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。从下图1中可以看出，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()”。

图1 A Java Monitor

综合示范二：Waiting on condition 和 TIMED_WAITING

实例如下：

"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 wait for  <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)

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。

综合示范三：in Obejct.wait() 和 TIMED_WAITING

实例如下：

"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)

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<? extends T> remove(long timeout)

{

    synchronized (lock) {

        Reference<? extends T> 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。

 

参考：

http://blog.csdn.net/zhangzhaokun/article/details/6395557

http://www.cnblogs.com/zhengyun_ustc/archive/2013/03/18/tda.html

http://www.cnblogs.com/zhengyun_ustc/archive/2013/01/06/dumpanalysis.html