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【JVM-7】JVM 命令行工具 jstack 的使用和具体应用案例

article 2025/1/16 17:49:45

在 Java 应用开发和运维中，排查线程问题（如死锁、线程阻塞、CPU 占用过高等）是确保应用性能和稳定性的关键。jstack 是 JDK 自带的一个命令行工具，用于生成 Java 虚拟机（JVM）的线程快照（Thread Dump）。通过分析线程快照，我们可以深入了解线程的状态、调用栈和锁信息，从而快速定位和解决问题。

本文将详细介绍 jstack 的使用方法，并通过具体应用案例展示如何利用 jstack 排查常见的线程问题。

1. 什么是 `jstack`？

jstack（Java Stack Trace）是 JDK 提供的一个命令行工具，用于生成 JVM 的线程快照。线程快照包含了 JVM 中所有线程的详细信息，例如：

线程的名称和状态（如 RUNNABLE、BLOCKED、WAITING 等）。
线程的调用栈（即当前执行的方法链）。
线程持有的锁和等待的锁。

通过分析线程快照，我们可以：

发现死锁和线程阻塞问题。
定位 CPU 占用过高的原因。
检查线程池的使用情况。
优化线程调度和资源竞争。

2. `jstack` 的基本用法

2.1 命令格式

jstack 的基本命令格式如下：

jstack [options] <pid>

options：可选参数，用于指定输出格式或其他选项。
pid：目标 JVM 的进程 ID（PID）。

2.2 常用选项

选项	描述
`-F`	强制生成线程快照（适用于 JVM 无响应的情况）。
`-l`	显示额外的锁信息（如持有的锁和等待的锁）。
`-m`	混合模式，显示 Java 和本地方法栈（Native Stack）。

3. 具体应用案例

3.1 查找死锁

问题描述：

假设我们有一个 Java 应用，运行时出现了死锁，导致部分功能无法正常使用。

使用 jstack 排查死锁：

查找目标 JVM 的进程 ID（PID）：
```
jps
```
输出示例：
```
12345 MyApp
```
生成线程快照：
```
jstack -l 12345 > thread_dump.txt
```

分析线程快照：
打开 thread_dump.txt 文件，搜索 deadlock 关键字。如果存在死锁，jstack 会明确标注出来。例如：

Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-1":
  waiting to lock monitor 0x00007f8b4800a800 (object 0x00000000f1a1b1d8, a java.lang.Object),
  which is held by "Thread-2"
"Thread-2":
  waiting to lock monitor 0x00007f8b4800b800 (object 0x00000000f1a1b1e0, a java.lang.Object),
  which is held by "Thread-1"

修复死锁：
根据线程快照提供的信息，修复代码中的锁竞争问题。例如：
- 调整锁的获取顺序。
- 使用超时机制避免无限等待。

3.2 定位 CPU 占用过高

问题描述：

假设我们有一个 Java 应用，运行时 CPU 占用率突然飙升。

使用 jstack 排查 CPU 占用过高：

查找目标 JVM 的进程 ID（PID）：
```
jps
```
输出示例：
```
12345 MyApp
```
生成线程快照：
```
jstack -l 12345 > thread_dump.txt
```

分析线程快照：
打开 thread_dump.txt 文件，查找状态为 RUNNABLE 的线程。例如：

"Thread-1" #10 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f8b4800a800 nid=0x1e03 runnable [0x00007f8b4a6f9000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
        at com.example.MyClass.myMethod(MyClass.java:10)
        at com.example.Main.main(Main.java:5)

优化代码：
根据线程快照提供的信息，优化高 CPU 占用的代码。例如：
- 优化循环或递归逻辑。
- 减少不必要的计算。

3.3 检查线程池状态

问题描述：

假设我们有一个 Java 应用，使用了线程池，但任务执行速度变慢。

使用 jstack 检查线程池状态：

查找目标 JVM 的进程 ID（PID）：
```
jps
```
输出示例：
```
12345 MyApp
```
生成线程快照：
```
jstack -l 12345 > thread_dump.txt
```

分析线程快照：
打开 thread_dump.txt 文件，查找线程池中的线程。例如：

"pool-1-thread-1" #11 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f8b4800b800 nid=0x1e04 waiting on condition [0x00007f8b4a7fa000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
        at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
        at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
        at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:2039)
        at java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue.take(LinkedBlockingQueue.java:442)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.getTask(ThreadPoolExecutor.java:1074)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1134)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

优化线程池：
根据线程快照提供的信息，优化线程池配置。例如：
- 调整线程池大小。
- 优化任务队列。

4. 结合脚本实现自动化监控

jstack 可以与 Shell 脚本结合，实现自动化监控和告警。以下是一个简单的示例：

脚本示例：

#!/bin/bash

PID=$(jps | grep MyApp | awk '{print $1}')
THREAD_DUMP_FILE="thread_dump_$(date +%Y%m%d%H%M%S).txt"

# 生成线程快照
jstack -l $PID > $THREAD_DUMP_FILE

# 检查死锁
if grep -q "deadlock" $THREAD_DUMP_FILE; then
    echo "Deadlock detected!" | mail -s "Deadlock Alert" admin@example.com
fi