詳解Java線程堆棧

更新時(shí)間：2017年12月18日 10:34:26 投稿：laozhang

本篇文章主要給大家講了Java線程堆棧的詳細(xì)原理以及用法，需要的朋友跟著學(xué)習(xí)下吧。

寫在前面：線程堆棧應(yīng)該是多線程類應(yīng)用程序非功能問題定位的最有效手段，可以說是殺手锏。線程堆棧最擅長(zhǎng)與分析如下類型問題：

系統(tǒng)無緣無故CPU過高。

系統(tǒng)掛起，無響應(yīng)。

系統(tǒng)運(yùn)行越來越慢。

性能瓶頸（如無法充分利用CPU等）

線程死鎖、死循環(huán)，餓死等。

由于線程數(shù)量太多導(dǎo)致系統(tǒng)失?。ㄈ鐭o法創(chuàng)建線程等）。

如何解讀線程堆棧

如下面一段Java源代碼程序：

package org.ccgogoing.study.stacktrace;
/** 
 * @Author: LuoChong400
 * @Description: 測(cè)試線程
 * @Date: Create in 07:27 PM 2017/12/08
 */
public class MyTest {

    Object obj1 = new Object();
    Object obj2 = new Object();

    public void fun1() {
      synchronized (obj1) {
        fun2();
      }
    }
    public void fun2() {
      synchronized (obj2) {
        while (true) { //為了打印堆棧，該函數(shù)堆棧分析不退出
          System.out.print("");
        }
      }
    }
    public static void main(String[] args) {
      MyTest aa = new MyTest();
      aa.fun1();
    }
  }

在Idea 中運(yùn)行該程序，然后按下CTRL+BREAK鍵，打印出線程堆棧信息如下：

Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (24.79-b02 mixed mode):

"Service Thread" daemon prio=6 tid=0x000000000c53b000 nid=0xca58 runnable [0x0000000000000000]
  java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread1" daemon prio=10 tid=0x000000000c516000 nid=0xd390 waiting on condition [0x0000000000000000]
  java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread0" daemon prio=10 tid=0x000000000c515000 nid=0xcbac waiting on condition [0x0000000000000000]
  java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Monitor Ctrl-Break" daemon prio=6 tid=0x000000000c514000 nid=0xd148 runnable [0x000000000caee000]
  java.lang.Thread.State: RUNNABLE
  at java.net.SocketInputStream.socketRead0(Native Method)
  at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:152)
  at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:122)
  at sun.nio.cs.StreamDecoder.readBytes(StreamDecoder.java:283)
  at sun.nio.cs.StreamDecoder.implRead(StreamDecoder.java:325)
  at sun.nio.cs.StreamDecoder.read(StreamDecoder.java:177)
  - locked <0x00000000d7858b50> (a java.io.InputStreamReader)
  at java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:184)
  at java.io.BufferedReader.fill(BufferedReader.java:154)
  at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:317)
  - locked <0x00000000d7858b50> (a java.io.InputStreamReader)
  at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:382)
  at com.intellij.rt.execution.application.AppMainV2$1.run(AppMainV2.java:64)

"Attach Listener" daemon prio=10 tid=0x000000000ad4a000 nid=0xd24c runnable [0x0000000000000000]
  java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Signal Dispatcher" daemon prio=10 tid=0x000000000c1a8800 nid=0xd200 waiting on condition [0x0000000000000000]
  java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Finalizer" daemon prio=8 tid=0x000000000ace6000 nid=0xcd74 in Object.wait() [0x000000000c13f000]
  java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
  at java.lang.Object.wait(Native Method)
  - waiting on <0x00000000d7284858> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
  at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:135)
  - locked <0x00000000d7284858> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
  at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:151)
  at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:209)

"Reference Handler" daemon prio=10 tid=0x000000000ace4800 nid=0xce34 in Object.wait() [0x000000000bf4f000]
  java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
  at java.lang.Object.wait(Native Method)
  - waiting on <0x00000000d7284470> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
  at java.lang.Object.wait(Object.java:503)
  at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:133)
  - locked <0x00000000d7284470> (a java.lang.ref.Reference$Lock)

"main" prio=6 tid=0x000000000238e800 nid=0xc940 runnable [0x00000000027af000]
  java.lang.Thread.State: RUNNABLE
  at org.ccgogoing.study.stacktrace.MyTest.fun2(MyTest.java:22)
  - locked <0x00000000d77d50c8> (a java.lang.Object)
  at org.ccgogoing.study.stacktrace.MyTest.fun1(MyTest.java:15)
  - locked <0x00000000d77d50b8> (a java.lang.Object)
  at org.ccgogoing.study.stacktrace.MyTest.main(MyTest.java:29)

"VM Thread" prio=10 tid=0x000000000ace1000 nid=0xd0a8 runnable 

"GC task thread#0 (ParallelGC)" prio=6 tid=0x00000000023a4000 nid=0xd398 runnable 

"GC task thread#1 (ParallelGC)" prio=6 tid=0x00000000023a5800 nid=0xcc20 runnable 

"GC task thread#2 (ParallelGC)" prio=6 tid=0x00000000023a7000 nid=0xb914 runnable 

"GC task thread#3 (ParallelGC)" prio=6 tid=0x00000000023a9000 nid=0xd088 runnable 

"VM Periodic Task Thread" prio=10 tid=0x000000000c53f000 nid=0xc1b4 waiting on condition 

JNI global references: 138

Heap
 PSYoungGen   total 36864K, used 6376K [0x00000000d7280000, 0x00000000d9b80000, 0x0000000100000000)
 eden space 31744K, 20% used [0x00000000d7280000,0x00000000d78ba0d0,0x00000000d9180000)
 from space 5120K, 0% used [0x00000000d9680000,0x00000000d9680000,0x00000000d9b80000)
 to  space 5120K, 0% used [0x00000000d9180000,0x00000000d9180000,0x00000000d9680000)
 ParOldGen    total 83456K, used 0K [0x0000000085800000, 0x000000008a980000, 0x00000000d7280000)
 object space 83456K, 0% used [0x0000000085800000,0x0000000085800000,0x000000008a980000)
 PSPermGen    total 21504K, used 3300K [0x0000000080600000, 0x0000000081b00000, 0x0000000085800000)
 object space 21504K, 15% used [0x0000000080600000,0x0000000080939290,0x0000000081b00000)

在上面這段堆棧輸出中，可以看到有很多后臺(tái)線程和main線程，其中只有main線程屬于Java用戶線程，其他幾個(gè)都是虛擬機(jī)自動(dòng)創(chuàng)建的，我們分析的過程中，只關(guān)心用戶線程即可。

從上面的main線程中可以很直觀的看到當(dāng)前線程的調(diào)用上下文，其中一個(gè)線程的某一層調(diào)用含義如下：

at MyTest.fun1(MyTest.java:15)
  |   |   |       |
  |   |   |       +-----當(dāng)前正在調(diào)用的函數(shù)所在的源代碼文件的行號(hào)
  |   |   +------------當(dāng)前正在調(diào)用的函數(shù)所在的源代碼文件
  |   +---------------------當(dāng)前正在調(diào)用的方法名
  +---------------------------當(dāng)前正在調(diào)用的類名

另外，堆棧中有：- locked <0x00000000d77d50b8> (a java.lang.Object)語句，表示該線程已經(jīng)占有柯鎖<0x00000000d77d50b8>,尖括號(hào)中表示鎖ID，這個(gè)事系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的，我們只需要知道每次打印的堆棧，同一個(gè)ID表示是同一個(gè)鎖即可。每一個(gè)線程堆棧的第一行含義如下：

"main" prio=1 tid=0x000000000238e800 nid=0xc940 runnable [0x00000000027af000]
  |    |  |            |      |      |
  |    |  |            |      |      +--線程占用內(nèi)存地址
  |    |  |            |      +-----------線程的狀態(tài)
  |    |  |            +----線程對(duì)應(yīng)的本地線程id號(hào)
  |    |  +-------------------線程id
  |    +--------------------------線程優(yōu)先級(jí)
  +-------------------------------線程名稱
  
其中需要說明的是，線程對(duì)應(yīng)的本地線程id號(hào)，是指Java線程所對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)中的本地線程。由于Java是解析型語言，執(zhí)行的實(shí)體是Java虛擬機(jī)，因此Java語言中的線程是依附于虛擬機(jī)中的本地線程來運(yùn)行的，實(shí)際上是本地線程在執(zhí)行Java線程代碼。

鎖的解讀

從上面的線程堆棧看，線程堆棧中包含的直接信息為：線程的個(gè)數(shù)，每個(gè)線程調(diào)用的方法堆棧，當(dāng)前鎖的狀態(tài)。線程的個(gè)數(shù)可以直接數(shù)出來；線程調(diào)用的方法堆棧，從下向上看，即表示當(dāng)前的線程調(diào)用了哪個(gè)類上的哪個(gè)方法。而鎖得狀態(tài)看起來稍微有一點(diǎn)技巧。與鎖相關(guān)的信息如下：

當(dāng)一個(gè)線程占有一個(gè)鎖的時(shí)候，線程的堆棧中會(huì)打印--locked<0x00000000d77d50c8>

當(dāng)一個(gè)線程正在等待其它線程釋放該鎖，線程堆棧中會(huì)打印--waiting to lock<0x00000000d77d50c8>

當(dāng)一個(gè)線程占有一個(gè)鎖，但又執(zhí)行到該鎖的wait()方法上，線程堆棧中首先打印locked，然后又會(huì)打印--waiting on

<0x00000000d77d50c8>

線程狀態(tài)的解讀

借助線程堆棧，可以分析很多類型的問題，CPU的消耗分析即是線程堆棧分析的一個(gè)重要內(nèi)容；

處于TIMED_WAITING、WAITING狀態(tài)的線程一定不消耗CPU。處于RUNNABLE的線程，要結(jié)合當(dāng)前代碼的性質(zhì)判斷，是否消耗CPU。

如果是純Java運(yùn)算代碼，則消耗CPU。

如果是網(wǎng)絡(luò)IO，很少消耗CPU。

如果是本地代碼，要結(jié)合本地代碼的性質(zhì)判斷（可以通過pstack、gstack獲取本地線程堆棧），如果是純運(yùn)算代碼，則消耗CPU，如果被掛起，則不消耗CPU，如果是IO，則不怎么消耗CPU。

如何借助線程堆棧分析問題

線程堆棧在定位如下類型的問題上非常有幫助：

線程死鎖的分析

Java代碼導(dǎo)致的CPU過高分析

死循環(huán)分析

資源不足分析

性能瓶頸分析

線程死鎖分析

死鎖的概念就不做過多解釋了，不明白的可以去網(wǎng)上查查；

兩個(gè)或超過兩個(gè)線程因?yàn)榄h(huán)路的鎖依賴關(guān)系而形成的鎖環(huán)，就形成了真正的死鎖，如下為死鎖喉打印的堆棧：

Found one Java-level deadlock:
=============================
"org.ccgogoing.study.stacktrace.deadlock.TestThread2":
 waiting to lock monitor 0x000000000a9ad118 (object 0x00000000d77363d0, a java.lang.Object),
 which is held by "org.ccgogoing.study.stacktrace.deadlock.TestThread1"
"org.ccgogoing.study.stacktrace.deadlock.TestThread1":
 waiting to lock monitor 0x000000000a9abc78 (object 0x00000000d77363e0, a java.lang.Object),
 which is held by "org.ccgogoing.study.stacktrace.deadlock.TestThread2"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"org.ccgogoing.study.stacktrace.deadlock.TestThread2":
  at org.ccgogoing.study.stacktrace.deadlock.TestThread2.fun(TestThread2.java:35)
  - waiting to lock <0x00000000d77363d0> (a java.lang.Object)
  - locked <0x00000000d77363e0> (a java.lang.Object)
  at org.ccgogoing.study.stacktrace.deadlock.TestThread2.run(TestThread2.java:22)
"org.ccgogoing.study.stacktrace.deadlock.TestThread1":
  at org.ccgogoing.study.stacktrace.deadlock.TestThread1.fun(TestThread1.java:33)
  - waiting to lock <0x00000000d77363e0> (a java.lang.Object)
  - locked <0x00000000d77363d0> (a java.lang.Object)
  at org.ccgogoing.study.stacktrace.deadlock.TestThread1.run(TestThread1.java:20)
Found 1 deadlock.

從打印的堆棧中我們能看到"Found one Java-level deadlock:",即如果存在死鎖情況,堆棧中會(huì)直接給出死鎖的分析結(jié)果.

當(dāng)一組Java線程發(fā)生死鎖的時(shí)候,那么意味著Game Over,這些線程永遠(yuǎn)得被掛在那里了,永遠(yuǎn)不可能繼續(xù)運(yùn)行下去。當(dāng)發(fā)生死鎖的線程在執(zhí)行系統(tǒng)的關(guān)鍵功能時(shí)，那么這個(gè)死鎖可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，要想恢復(fù)系統(tǒng)，臨時(shí)也是唯一的規(guī)避方法是將系統(tǒng)重啟。然后趕快去修改導(dǎo)致這個(gè)死鎖的Bug。

注意：死鎖的兩個(gè)或多個(gè)線程是不消耗CPU的，有的人認(rèn)為CPU100%的使用率是線程死鎖導(dǎo)致的，這個(gè)說法是完全錯(cuò)誤的。死循環(huán)，并且在循環(huán)中代碼都是CPU密集型，才有可能導(dǎo)致CPU的100%使用率，像socket或者數(shù)據(jù)庫等IO操作是不怎么消耗CPU的。

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