JStack实现浅析

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相信Java程序员对jstack都不陌生，今天我们坑进OpenJDK源码来看看jstack是怎么实现的。
通过官方文档的介绍，我们可以知道jstack的源码在OpenJDK的jdk子项目下，sun.tools.jstack.JStack，

/*
 * This class is the main class for the JStack utility. It parses its arguments
 * and decides if the command should be executed by the SA JStack tool or by
 * obtained the thread dump from a target process using the VM attach mechanism
 */
public class JStack { ... }

通过注释我们可以知道，jstack会根据不同参数决定使用不同的方式来进行thread dump：使用SA的JStack，或者使用attach机制。
通过代码可以看到，下面三种情况会使用SA的JStack，

使用了-m选项；
使用了-F选项；
不是对本地进程而是对远程server执行jstack；

下面我们来看下使用attach机制实现的thread dump（SA的实现就先欠着啦:）。
关于attach机制，暴露给用户的其实就是Attach API，其底层实现，简单来讲就是在虚拟机启动了一个Attach Listener，外部进程通过UNIX socket与其进行通信，发送一些命令让Attach Listener去执行。具体可以参考官方文档或者这一篇博文。
下面我们来看下jstack是如何使用attach机制的。runThreadDump方法，

    // Attach to pid and perform a thread dump
    private static void runThreadDump(String pid, String args[]) throws Exception {
        VirtualMachine vm = null;
        try {
            ///////////////////////////////////
            // 使用 Attach API
            ///////////////////////////////////
            vm = VirtualMachine.attach(pid);
        } catch (Exception x) {
            String msg = x.getMessage();
            if (msg != null) {
                System.err.println(pid + ": " + msg);
            } else {
                x.printStackTrace();
            }
            if ((x instanceof AttachNotSupportedException) &&
                (loadSAClass() != null)) {
                System.err.println("The -F option can be used when the target " +
                    "process is not responding");
            }
            System.exit(1);
        }

        ///////////////////////////////////
        // 发送命令执行thread dump
        ///////////////////////////////////
        // Cast to HotSpotVirtualMachine as this is implementation specific
        // method.
        InputStream in = ((HotSpotVirtualMachine)vm).remoteDataDump((Object[])args);

        // read to EOF and just print output
        byte b[] = new byte[256];
        int n;
        do {
            n = in.read(b);
            if (n > 0) {
                String s = new String(b, 0, n, "UTF-8");
                System.out.print(s);
            }
        } while (n > 0);
        in.close();
        vm.detach();
    }

可以看到最后是通过HotSpotVirtualMachine#remoteDataDump来执行thread dump。来看下这个方法，

    // Remote ctrl-break. The output of the ctrl-break actions can
    // be read from the input stream.
    public InputStream remoteDataDump(Object ... args) throws IOException {
        return executeCommand("threaddump", args);
    }

    private InputStream executeCommand(String cmd, Object ... args) throws IOException {
        try {
            return execute(cmd, args);
        } catch (AgentLoadException x) {
            throw new InternalError("Should not get here", x);
        }
    }

继续往下跟代码到Linux平台上的实现，LinuxVirtualMachine#execute，可以看到最终通过UNIX socket与Attach Listener进行了通信，发送的就是上面看到的threaddump命令。Attach Listener对接收到的命令所执行的操作，在attachListener.cpp，

// names must be of length <= AttachOperation::name_length_max
static AttachOperationFunctionInfo funcs[] = {
  { "agentProperties",  get_agent_properties },
  { "datadump",         data_dump },
  { "dumpheap",         dump_heap },
  { "load",             JvmtiExport::load_agent_library },
  { "properties",       get_system_properties },
  { "threaddump",       thread_dump },
  { "inspectheap",      heap_inspection },
  { "setflag",          set_flag },
  { "printflag",        print_flag },
  { "jcmd",             jcmd },
  { NULL,               NULL }
};

看下threaddump所对应的thread_dump方法，

// Implementation of "threaddump" command - essentially a remote ctrl-break
// See also: ThreadDumpDCmd class
//
static jint thread_dump(AttachOperation* op, outputStream* out) {
  bool print_concurrent_locks = false;
  if (op->arg(0) != NULL && strcmp(op->arg(0), "-l") == 0) {
    print_concurrent_locks = true;
  }

  // thread stacks
  VM_PrintThreads op1(out, print_concurrent_locks);
  VMThread::execute(&op1);

  // JNI global handles
  VM_PrintJNI op2(out);
  VMThread::execute(&op2);

  // Deadlock detection
  VM_FindDeadlocks op3(out);
  VMThread::execute(&op3);

  return JNI_OK;
}