JVM故障分析及性能优化实战(I)——使用jstack定位线程堆栈信息

前一段时间上线的系统升级之后，出现了严重的高CPU的问题，于是开始了一系列的优化处理之中，现在将这个过程做成一个系列的文章。

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基本概念 {#basic-info}使用jstack生成thread dump生成shell文件

基本概念 {#basic-info}

在对Java内存泄漏进行分析的时候，需要对jvm运行期间的内存占用、线程执行等情况进行记录的dump文件，常用的主要有thread dump和heap dump。

• thread dump 主要记录JVM在某一时刻各个线程执行的情况，以栈的形式显示，是一个文本文件。通过对thread dump文件可以分析出程序的问题出现在什么地方，从而定位具体的代码然后进行修正。thread dump需要结合占用系统资源的线程id进行分析才有意义。
• heap dump 主要记录了在某一时刻JVM堆中对象使用的情况，即某个时刻JVM堆的快照，是一个二进制文件，主要用于分析哪些对象占用了太对的堆空间，从而发现导致内存泄漏的对象。

上面两种dump文件都具有实时性，因此需要在服务器出现问题的时候生成，并且多生成几个文件，方便进行对比分析。下面我们先来说一下如何生成 thread dump。

使用jstack生成thread dump

当服务器出现高CPU的时候，首先执行 top -c 命令动态显示进程及占用资源的排行，如下图：

top后面的参数-c可以显示进程详细的信息。top命令执行的时候还可以执行一些快捷键：

• 1 对于多核服务器，可以显示各个CPU占用资源的情况
• shift+h 显示所有的线程信息
• shift+w 将当前 top 命令的设置保存到 ~/.toprc 文件中，这样不用每次都执行快捷键了

以上图为例，pid为1503的进程占用了大量的CPU资源，接下来需要将占用CPU最高进程中的线程打印出来，可以用 top -bn1 -H -p <pid> 命令，执行结果如下：

上面 -bn1 参数的含义是只输出一次结果，而不是显示一个动态的结果。

我个人请喜欢用 ps -mp <pid> -o THREAD,tid,time | sort -k2r 命令查看，后面的sort参数根据线程占用的cpu比例进行排序，结果如下：

接下来我们清楚今天的主角 jstack，这是一个在JDK5开始提供的内置工具，可以打印指定进程中线程运行的状态，包括线程数量、是否存在死锁、资源竞争情况和线程的状态等等。有下面的几个常用的参数：

• -l 长列表，打印关于锁的附加信息
• -m 打印java和jni框架的所有栈信息

因为thread id在栈信息中是以十六进制的形式显示的，因此需要使用 printf "%x \n" <tid> 命令将现场id转成十六进制的值，然后执行 jstack -l <pid> | grep <thread-hex-id> -A 10 命令显示出错的堆栈信息，如下图：

上面命令中 -A 10 参数用来指定显示行数，否则只会显示一行信息。

这样通过上图，可以很快地定位到程序问题的代码，然后对代码进行分析和改进即可。注意：需要在多个时间段提出多个 Thread Dump信息，然后综合进行对比分析，单独分析一个文件是没有意义的。

生成shell文件

上面讲述了整个的分析过程，不过所有的命令就是实时的，所以最好创建一个shell脚本瞬间执行完成，下面对当CPU飙高时，它在做什么?[https://www.jianshu.com/p/90579ec3113f]这篇文章中所提供的shell进行了改进如下：

#!/bin/bash
if [ $# -le 0 ]; then
    echo "usage: $0 <pid> [line-number]"
    exit 1
fi

# java home
if test -z $JAVA_HOME
then
    JAVA_HOME='/usr/local/jdk'
fi

#pid
pid=$1
# checking pid
if test -z "$($JAVA_HOME/bin/jps -l | cut -d '' -f 1 | grep $pid)"
then
    echo "process of $pid is not exists"
    exit
fi

#line number
linenum=$2
if test -z $linenum
then
    linenum=10
fi

stackfile=stack$pid.dump
threadsfile=threads$pid.dump

# generate java stack
$JAVA_HOME/bin/jstack -l $pid >> $stackfile
ps -mp $pid -o THREAD,tid,time | sort -k2r | awk '{if ($1 !="USER" && $2 != "0.0" && $8 !="-") print $8;}' | xargs printf "%x\n" >> $threadsfile
tids="$(cat $threadsfile)"
for tid in $tids
do
    echo "------------------------------ ThreadId ($tid) ------------------------------"
    cat $stackfile | grep 0x$tid -A $linenum
done

rm -f $stackfile $threadsfileCOPY

下一篇文章将要讲述如何对jstack生成的文件进行分析

CPU飙高时，它在做什么?

在开发过程中，有时候我们发现JVM占用的CPU居高不下，跟我们的预期不符，这时，CPU在做什么呢？是什么线程让CPU如此忙碌呢？我们通过如下几步，可以查看CPU在执行什么线程。

1.查找jvm进程ID: jps -lv 或者 ps aux | grep java

2.根据pid，查找占用cpu较高的线程：ps -mp pid -o THREAD,tid,time 如图所示：找到占用cpu最高的tid (可以使用sort命令排序：sort -k 3 -r -n)

3.将tid转换为16进制的数字：printf “%x\n” tid

4.使用jstack命令，查询线程信息，从而定位到具体线程和代码：jstack pid | grep 7ccd -A 30

这样，你就看到CPU这么高，是什么线程在捣乱了！

怎么样，是不是觉得有点儿麻烦，没有关系，我把这几个步骤写成了一个脚本，直接使用就OK了。

#!/bin/bash
#
# 当JVM占用CPU特别高时，查看CPU正在做什么
# 可输入两个参数：1、pid Java进程ID，必须参数  2、打印线程ID上下文行数，可选参数，默认打印10行
#

pid=$1

if test -z $pid
then
 echo "pid can not be null!"
 exit
else
 echo "checking pid($pid)"
fi

if test -z "$(jps -l | cut -d '' -f 1 | grep $pid)"
then
 echo "process of $pid is not exists"
 exit
fi

lineNum=$2
if test -z $lineNum
then
    $lineNum=10
fi

jstack $pid >> "$pid".bak

ps -mp $pid -o THREAD,tid,time | sort -k2r | awk '{if ($1 !="USER" && $2 != "0.0" && $8 !="-") print $8;}' | xargs printf "%x\n" >> "$pid".tmp

tidArray="$( cat $pid.tmp)"

for tid in $tidArray
do
    echo "******************************************************************* ThreadId=$tid **************************************************************************"
    cat "$pid".bak | grep $tid -A $lineNum
done

rm -rf $pid.bak
rm -rf $pid.tmp