2021年了，生产环境的问题你怎么解决呢？快学习下线程Dump分析

其他 2021-03-05 05:28:47 阅读次数: 0

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前言

生产环境中，我们的应用有时会挂掉或运行缓慢，而去确定根本原因是比较麻烦的一件事情。线程Dump展示了正在运行的Java进程的当前状态的快照。但是，生成的数据包含多个长文件。因此，我们需要分析Java线程Dump，并从大量不相关的信息中挖掘问题。

今天，我们就来了解下如何过滤掉无用数据以有效地诊断性能问题。此外，我们还将学习检测瓶颈甚至简单的bug。

虚拟机JVM中的线程

JVM使用线程来执行每个内部和外部操作。正如大家所知道的，GC过程有自己的线程，每一个Java应用程序中的任务也有自己的线程。

在其生命周期内，线程会经历各种状态。每个线程都有一个跟踪当前操作的执行堆栈。此外，JVM还存储了以前成功调用的所有方法。因此，可以分析整个堆栈来研究出错时应用程序发生了什么。

获取Java 线程 Dump

应用程序运行后，有多种方法可以生成用于诊断的Java线程Dump。今天，我们将使用JDK7+安装包中的两个实用程序。首先，我们将执行JVM Process Status（jps）命令来发现我们应用程序的PID进程：

[root@centos1 service]# jps
3507 jar
3525 Jps
复制代码

其次，我们得到应用程序的PID。然后，我们将使用jstack捕获线程Dump。最后，我们将结果存储在文本文件中：

[root@centos1 service]# jstack -l 3507  > bam-thread-dump.txt
复制代码

Java线程 Dump结构

2021-02-05 15:23:03
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.191-b12 mixed mode):

"Attach Listener" #33 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x00007fd6c4001000 nid=0xe5d waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
	- None

"DestroyJavaVM" #32 prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fd708009800 nid=0xdb4 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
	- None

"http-nio-8000-AsyncTimeout" #30 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fd709895000 nid=0xdf1 waiting on condition [0x00007fd6dde79000]
   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
	at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
	at org.apache.coyote.AbstractProtocol$AsyncTimeout.run(AbstractProtocol.java:1133)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

   Locked ownable synchronizers:
	- None

"http-nio-8000-Acceptor-0" #29 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fd70b7a0800 nid=0xdf0 runnable [0x00007fd6ddf7a000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
	at sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl.accept0(Native Method)
	at sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl.accept(ServerSocketChannelImpl.java:422)
	at sun.nio.ch.ServerSocketChannelImpl.accept(ServerSocketChannelImpl.java:250)
	- locked <0x000000078ed72eb8> (a java.lang.Object)
	at org.apache.tomcat.util.net.NioEndpoint$Acceptor.run(NioEndpoint.java:455)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

   Locked ownable synchronizers:
	- None

"http-nio-8000-ClientPoller-1" #28 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fd70b79f000 nid=0xdef runnable [0x00007fd6de07b000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
	at sun.nio.ch.EPollArrayWrapper.epollWait(Native Method)
	at sun.nio.ch.EPollArrayWrapper.poll(EPollArrayWrapper.java:269)
	at sun.nio.ch.EPollSelectorImpl.doSelect(EPollSelectorImpl.java:93)
	at sun.nio.ch.SelectorImpl.lockAndDoSelect(SelectorImpl.java:86)
	- locked <0x000000078f1c7a00> (a sun.nio.ch.Util$3)
	- locked <0x000000078f1c79f0> (a java.util.Collections$UnmodifiableSet)
	- locked <0x000000078f1c78d8> (a sun.nio.ch.EPollSelectorImpl)
	at sun.nio.ch.SelectorImpl.select(SelectorImpl.java:97)
	at org.apache.tomcat.util.net.NioEndpoint$Poller.run(NioEndpoint.java:796)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

   Locked ownable synchronizers:
	- None

"http-nio-8000-ClientPoller-0" #27 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fd7085b0000 nid=0xdee runnable [0x00007fd6de17c000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
	at sun.nio.ch.EPollArrayWrapper.epollWait(Native Method)
	at sun.nio.ch.EPollArrayWrapper.poll(EPollArrayWrapper.java:269)
	at sun.nio.ch.EPollSelectorImpl.doSelect(EPollSelectorImpl.java:93)
	at sun.nio.ch.SelectorImpl.lockAndDoSelect(SelectorImpl.java:86)
	- locked <0x000000078f1c6048> (a sun.nio.ch.Util$3)
	- locked <0x000000078f1c6038> (a java.util.Collections$UnmodifiableSet)
	- locked <0x000000078f1c5f20> (a sun.nio.ch.EPollSelectorImpl)
	at sun.nio.ch.SelectorImpl.select(SelectorImpl.java:97)
	at org.apache.tomcat.util.net.NioEndpoint$Poller.run(NioEndpoint.java:796)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

   Locked ownable synchronizers:
	- None
复制代码

让我们看看生成的Java线程Dump。第一行显示时间戳，第二行展示JVM信息：

2021-02-05 15:23:03
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.191-b12 mixed mode):
复制代码

然后，Dump将显示线程列表。每个线程包含以下信息：

  • Name: 如果开发人员包含有意义的线程名称，它可以提供有用的信息
  • Priority (prior): 线程优先级
  • Java ID (tid): 虚拟机JVM给的唯一ID
  • Native ID (nid): 操作系统给出的唯一ID，用于提取与CPU或内存处理的相关性
  • State: 线程实际状态
  • Stack trace: 最重要的信息来源，用来观察我们的应用程序正在发生什么

我们可以从上到下看到线程快照，观察不同线程正在做什么。

从整个文件中，截取一部分内容，分析其：

"http-nio-8000-exec-1" #17 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007fd70bc75800 nid=0xde4 waiting on condition [0x00007fd6f089d000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
	at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
	- parking to wait for  <0x000000078edd19b8> (a java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject)
	at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.await(AbstractQueuedSynchronizer.java:2039)
	at java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue.take(LinkedBlockingQueue.java:442)
	at org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue.take(TaskQueue.java:103)
	at org.apache.tomcat.util.threads.TaskQueue.take(TaskQueue.java:31)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.getTask(ThreadPoolExecutor.java:1074)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1134)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624)
	at org.apache.tomcat.util.threads.TaskThread$WrappingRunnable.run(TaskThread.java:61)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

   Locked ownable synchronizers:
	- None
复制代码

展示了线程执行的过程，以及最终停在了JNI 上。

"VM Thread" os_prio=0 tid=0x00007fd70813e800 nid=0xdb9 runnable 

"GC task thread#0 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007fd70801e800 nid=0xdb5 runnable 

"GC task thread#1 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007fd708020800 nid=0xdb6 runnable 

"GC task thread#2 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007fd708022000 nid=0xdb7 runnable 

"GC task thread#3 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x00007fd708024000 nid=0xdb8 runnable 

"VM Periodic Task Thread" os_prio=0 tid=0x00007fd708194800 nid=0xdc3 waiting on condition 

JNI global references: 909
复制代码

结束时，我们会注意到有几个额外的线程执行后台操作，如垃圾收集（GC）或对象终止：

分析线程Dump使用场景

为了了解我们的应用程序如何工作，我们需要有效地分析生成的快照。在Dump文件中，我们将获得大量关于所有线程的精确数据的信息。但是，我们需要整理日志文件，进行一些过滤和分组，以便从堆栈跟踪中提取有用的提示。一旦我们准备好Dump文件，我们就可以使用不同的工具来分析问题。

同步问题

通过观察线程状态，进行分析。我们需要重点关注线程状态 RUNNABLE 或者 BLOCKED的线程，最终是TIMED_WAITING。这些线程状态能够指导我们分析出，多个线程间的问题

  • 在死锁情况下，运行的多个线程在共享对象上持有一个同步块
  • 在线程争用中，当一个线程被阻塞等待其他线程完成时

运行问题

根据经验，对于异常高的CPU使用率，我们只需要查看RUNNABLE 线程。我们将使用线程Dump文件和其他命令来获取额外的信息。其中一个命令是top-H-ppid，它显示在特定进程中哪些线程正在消耗操作系统资源。我们还需要查看内部JVM线程，例如GC，以防万一。另一方面，当处理性能异常低时，我们将研究BLOCKED 线程。

在这些情况下，一次Dump肯定不足以理解正在发生的事情。为了比较同一线程在不同时间的堆栈，我们需要以相近的间隔进行大量Dump。一方面，一个快照并不总是足以找出问题的根源。另一方面，我们需要避免快照之间的冗余（太多的信息）。

要了解线程随时间的变化，建议的最佳实践是至少进行3次Dump，每10秒一次。另一个有用的技巧是将Dump文件分成小块，以避免加载文件时发生崩溃。

建议

为了有效地寻找问题的根源，我们需要组织堆栈跟踪中的大量信息。因此，我们将考虑以下建议：

  • 在执行问题中，以10秒的间隔捕获多个快照将有助于关注实际问题。如果需要，还建议拆分文件以避免加载崩溃

  • 在创建新线程时使用命名来更好地标识源代码

  • 根据问题的不同，忽略内部JVM处理（例如GC）

  • 当CPU或内存使用异常时，关注长时间运行或阻塞的线程

  • 使用top-H-ppid将线程堆栈与CPU处理关联起来

  • 最重要的是，使用Analyzer工具

手动分析Java线程Dump可能是一项比较困难的事情。对于简单的应用程序，可以识别产生问题的线程。对于复杂的情况，我们需要工具来简化这项任务。

在线工具

推荐几种在线可用的工具。在使用这种软件时，我们需要考虑到安全问题。请记住，我们使用线程工具，不可避免的与第三方共享线程日志。

FastThread

FastThread可能是分析生产环境中线程Dump文件的最佳在线工具。它提供了一个非常好的图形用户界面。它还包括多种功能，如线程的CPU使用率、堆栈长度以及最常用和最复杂的方法：

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FastThread集成了RESTAPI，能来自动分析线程转储。通过一个简单的cURL命令，可以立即发送结果。主要缺点是安全性，因为它将堆栈跟踪存储在云中。

JStack Review

JStack Review是一个在线工具，用于分析Dump。从安全角度来看，它不会存储数据到云，这是使用它的一个主要优势。它提供了所有线程的图形化概述，显示了正在运行的方法，还按状态对它们进行了分组。JStack Review将产生堆栈的线程与其他线程分开，这一点非常重要，例如，内部进程。最后，它还包括同步器和忽略的行：

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Spotify Online Java Thread Dump Analyzer

Spotify在线Java线程Dump分析器是一个用JavaScript脚本编写的在线开源工具。它以纯文本的形式显示结果，将带堆栈和不带堆栈的线程分开。它还显示正在运行的线程中的顶级方法：

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离线应用

我们还可以在本地使用几个独立的应用程序。

JProfiler

JProfiler是市场上最强大的工具，在Java开发人员社区中也很有名。可以使用10天的试用许可证测试功能。JProfiler允许创建配置文件，并将运行的应用程序附加到它们。它包括多种功能，可以当场发现问题，例如CPU和内存使用情况以及数据库分析。它还支持与IDE集成：

在这里插入图片描述

IBM Thread Monitor and Dump Analyzer for Java (TMDA)

IBM TMDA可以用来识别线程争用、死锁和瓶颈。它是免费分发和维护的，但不提供IBM的任何保证或支持：

在这里插入图片描述

Irockel Thread Dump Analyser (TDA)

Irockel TDA是一个独立的开源工具，使用lgplv2.1授权。最后一个版本（v2.4）是在2020年8月发布的，因此它得到了很好的维护。它将线程Dump显示为一个树，还提供一些统计信息以简化搜索：

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Eclipse Memory Analyzer (EMAT)

Eclipse内存分析器是一个快速且功能丰富的Java堆分析器，它可以帮助您发现内存泄漏并减少内存消耗。

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总结

了解线程真正执行的过程，才能更好的把控应用的运行。 搞起来吧，没问题！！

作者：小隐乐乐
链接：https://juejin.cn/post/6925697828652056589

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转载自blog.csdn.net/qq_46388795/article/details/113704178
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