Java线程堆栈分析

本文详细介绍了如何分析和利用Java线程堆栈进行问题排查和性能瓶颈分析。通过打印线程堆栈,解读线程状态、锁的状态,可以诊断线程死锁、CPU过高、资源不足等问题。此外,讨论了性能调优的常见场景,如不恰当的同步、sleep滥用、String拼接等,并给出了性能调优的终结条件。

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线程堆栈也称作线程调用堆栈。Java线程堆栈是虚拟机中线程(包括锁)状态的一个瞬间快照,即系统在某个时刻所有线程的运行状态,包括每一个线程的调用堆栈,锁的持有情况等信息。对于已经消失而又没留有痕迹的信息,线程堆栈是无法进行历史追踪的。
线程堆栈的信息包括:(1)线程的名字,id,线程的数量等(2)线程的运行状态,锁的状态(锁被哪个线程持有,哪个线程再等待锁等)(3)调用堆栈(即函数的调用层次关系),调用堆栈包括完整的类名,所执行的方法,源代码的行数。
借助线程堆栈可以分析:线程死锁、锁争用、死循环、识别耗时操作、稳定性分析和性能分析等问题。

1. 打印线程堆栈

Java虚拟机提供了线程转储(Thread dump)的后门。通过如下的命令行方式向Java进程请求堆栈输出:
window 在运行Java的控制窗口上按ctrl + break组合键
linux 使用kill -3 pid

2. 解读线程堆栈

2.1 线程的解读

Java源代码

public class MyTest {
    Object obj1 = new Object();

    Object obj2 = new Object();

    public void fun1() {
        synchronized (obj1) {
            fun2();
        }
    }

    public void fun2() {
        synchronized (obj2) {
            while (true) {
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyTest mt = new MyTest();
        mt.fun1();
    }
}

编译运行,kill -3 pid

2019-05-30 14:27:14
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.111-b14 mixed mode):

"Service Thread" #17 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680f5800 nid=0x562e runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C1 CompilerThread11" #16 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680f2800 nid=0x562d waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C1 CompilerThread10" #15 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680f0800 nid=0x562c waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C1 CompilerThread9" #14 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680ee000 nid=0x562b waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C1 CompilerThread8" #13 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680ec000 nid=0x562a waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread7" #12 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680ea000 nid=0x5629 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread6" #11 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680e8000 nid=0x5628 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread5" #10 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680e5800 nid=0x5627 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread4" #9 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680db800 nid=0x5626 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread3" #8 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680d9800 nid=0x5625 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread2" #7 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680d7000 nid=0x5624 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread1" #6 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680d5800 nid=0x5623 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread0" #5 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680d2800 nid=0x5622 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Signal Dispatcher" #4 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007f41680d1000 nid=0x5621 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Finalizer" #3 daemon prio=8 os_prio=0 tid=0x00007f416809e000 nid=0x5620 in Object.wait() [0x00007f4144b7a000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
	at java.lang.Object.wait(Native Method)
	- waiting on <0x00000005c8b08e98> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
	at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:143)
	- locked <0x00000005c8b08e98> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
	at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:164)
	at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:209)

"Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=0 tid=0x00007f4168099800 nid=0x561f in Object.wait() [0x00007f40b0cfe000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
	at java.lang.Object.wait(Native Method)
	- waiting on <0x00000005c8b06b40> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
	at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
	at java.lang.ref.Reference.tryHandlePending(Reference.java:191)
	- locked <0x00000005c8b06b40> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
	at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:153)

"main" #1 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f4168007800 nid=0x560b runnable [0x00007f4170107000]  ---只有main线程属于Java用户线程,其他都是由虚拟机自动创建的线程
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE                                                         
	at com.huawei.diagnose.thread.MyTest.fun2(MyTest.java:17)                           ---当前线程调用上下文,即从哪个函数中调用到哪个函数中(从下往上看),正执行到哪个类的哪一行。
	- locked <0x00000005c8b5dce0> (a java.lang.Object)                                  ---"main" #1 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f4168007800 nid=0x560b runnable [0x00007f4170107000]
	at com.huawei.diagnose.thread.MyTest.fun1(MyTest.java:11)                           ---main线程名称,prio=5线程优先级,tid=0x00007f4168007800线程id,nid=0x560b线程对应的本地线程id号(Native Thread ID),runnable线程状态
	- locked <0x00000005c8b5dcd0> (a java.lang.Object)                                  ---线程main已经占有了锁<0x00000005c8b5dcd0>,其中<0x00000005c8b5dcd0>	                                                                                        ---标示锁ID,这个ID是系统自动产生的,我们只需要知道每次打印的堆栈,同一个ID表示是同一个锁即可
	at com.huawei.diagnose.thread.MyTest.main(MyTest.java:25)

"VM Thread" os_prio=0 tid=0x00007f4168092000 nid=0x561e runnable 

"GC task thread#0 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007f416801c800 nid=0x560c runnable 

"GC task thread#1 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007f416801e800 nid=0x560d runnable 

"GC task thread#2 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007f4168020000 nid=0x560e runnable 

"GC task thread#3 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00
世界地图矢量数据可以通过多种网站进行下载。以下是一些提供免费下载世界地图矢量数据的网站: 1. Open Street Map (https://www.openstreetmap.org/): 这个网站可以根据输入的经纬度或手动选定范围来导出目标区域的矢量图。导出的数据格式为osm格式,但只支持矩形范围的地图下载。 2. Geofabrik (http://download.geofabrik.de/): Geofabrik提供按洲际和国家快速下载全国范围的地图数据数据格式支持shape文件格式,包含多个独立图层,如道路、建筑、水域、交通、土地利用分类、自然景观等。数据每天更新一次。 3. bbbike (https://download.bbbike.org/osm/): bbbike提供全球主要的200多个城市的地图数据下载,也可以按照bbox进行下载。该网站还提供全球数据数据格式种类齐全,包括geojson、shp等。 4. GADM (https://gadm.org/index.html): GADM提供按国家或全球下载地图数据的服务。该网站提供多种格式的数据下载。 5. L7 AntV (https://l7.antv.antgroup.com/custom/tools/worldmap): L7 AntV是一个提供标准世界地图矢量数据免费下载的网站。支持多种数据格式下载,包括GeoJSON、KML、JSON、TopJSON、CSV和高清SVG格式等。可以下载中国省、市、县的矢量边界和世界各个国家的矢量边界数据。 以上这些网站都提供了世界地图矢量数据免费下载服务,你可以根据自己的需求选择合适的网站进行下载
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