JVM的堆栈
来源：互联网 发布：冷库机组的简易算法 编辑：程序博客网 时间：2024/05/29 03:03
课前准备：
本次课程需要你有一个可以在dos窗口里运行起来的tomcat（另外，今天整理的这些是我个人经验，基本上都是我个人的观念，同时今天的内容虽然很简单，但是要想掌握好今天所讲的内容，恐怕不是几年时间能掌握得了的，需要大量别的方面的知识，会随着你的功力渐长有各种意想不到的收获。）
步入正题：
今天讲的不是框架，不是知识，甚至不算是技术，而是一把钥匙，这把钥匙比较特殊，是一把通向大师们的思维的钥匙。很多前辈在java的世界里做了无数贡献，这事实上是一大笔财富，但是我相信对每个人来说，想继承这笔财富，是非常困难的；今天这把钥匙就是打开这笔财富的其中一把钥匙，也是非常重要的一把钥匙。
一个很简单的事情，例如java开源方面有大量的优秀产品，但是你可能很难明白其中任何一个创作者在做这个产品时，是如何考虑的，今天用其中一个优秀产品做为例子：tomcat。
简单介绍一下：tomcat的主要作者是mc clanahan，他即是tomcat的架构师，也是tomcat主要实现者；这个人同时也是struts和jsf的架构师和实现者，以及servlet，jsp，jsf规范制定的领导者。（包括我在内，都不可能知道这位大师是怎么考虑构造tomcat的架构，怎么考虑写tomcat代码的，但是可以尝试用今天这把钥匙去探索一下。最后一句闲话：再重点提醒一下，今天讲的东西是一个靠功力积累的事情。随着你的功力渐长，这把钥匙会给你开到各种各样的财富，只要你勤奋）。
现在正式开始
第一话题：调用
大家先看一段简单的代码
1 public class A {
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13 }
先说一下调用链
程序运行到1的时候，调用链就是:
main
main->4这句可以理解为当前程序正运行到main方法的第4行
同样：
程序运行到2的时候，调用链就是：
f1
main
程序运行到3的时候，调用链就是：
f2
f1
main
这些东西都是jvm在运行你的代码，如果获得了当前jvm的所有线程的这些个调用链，你就得到了一个jvm当前运行时刻的快照。
这里给个定义：堆栈——堆栈就是程序的调用链的集合。（这个定义不用追究字面上准确不准确，明白意思就行了，你愿意叫别的东西也可以，其实了解大师们的思维，就是了解这个调用链，你弄明白为什么大师们要这么调用，就明白了大师们当时在做这段代码的时候是怎么想的了，就明白了为什么会搞出一堆看起来很奇怪的类。）事实上称这个为堆栈，并不是我一个人这么叫，很多人也这么叫的，或者你就叫这个为调用链也可以。
现在先把这个钥匙给大家。
一个java程序在运行的时候，必须有jvm去解释执行，这把钥匙就是：
如果你知道当前jvm在做什么，你就可以获得很多有用的信息，怎么知道jvm在做什么呢？
问题：
1、【提问】程序运行到2的时候，调用链就是：
f1
main
没看懂什么意思？
【回答】f1是函数名，7是第7行
2、【提问】堆栈不是针对内存而言的么？怎么会牵涉到调用问题？
【回答】今天的定义就是这样，不要考虑内存（云墨竹：记录这个调用，你debug的时候就可以知道这个排序了）
3、【提问】记录这个调用为的是知道把返回结果给谁吗？
【回答】不是要知道结果返回给谁，是要准确知道你的程序目前运行的位置，以及是如何调用到这里来的。
4、【提问】程序运行到1的时候，调用链就是:
main
A a = new A();怎么不运行？
【回答】运行过了new A（）这里了。
jvm提供了这样的接口，并且用起来非常容易，相信很多人可能也知道：
在windows平台下，在jvm运行的dos窗口按ctrl-break，就可以打印出jvm当前所有线程的状态。在unix平台下，向jvm进程发信号量3，也可以打印出jvm当前所有线程的状态，命令类似：kill -3 jvm进程号。
为了方便演示，大家在dos窗口里，启动一下你的tomcat，然后按ctrl-break，看看打印出来的内容。谁做完了，把自己的结果贴出来，贴个片段就可以了。
好，接下来分析一下这些打印出来的东西
大家打印出来的，都应该是类似这样的：
"http-8080-173" daemon prio=6 tid=0x000000004d10e000 nid=0x12d4 in Object.wait() [0x000000005b08f000..0x000000005b08f8e0]
前后都不用看，只看线程的堆栈就可以了，只看类似上面我贴的那样的就可以了；"http-8080-173"这个是这个线程的名字。
daemon：表示是以daemon方式运行的线程，这个不解释，今天忽略
prio=6：表示线程的级别是6，优先级是6
tid=0x000000004d10e000 nid=0x12d4 in Object.wait() [0x000000005b08f000..0x000000005b08f8e0]这段不用看，忽略掉,这2个id一个是在jvm里的线程id号，一个是这个线程对应于操作系统的线程id号.
下面就是tomcat运行的堆栈
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)这句话表示这个线程当前处于wait状态。
在dos下启动weblogic，然后这么打印。
在堆栈里的线程只有2种状态：waiting和runnable。waiting的线程表示线程目前阻塞在（这个）地方；runnable的线程表示正在运行的线程，是运行到（这个）地方了；（这个）地方指的是哪里？就是接下来的这些话：
【提问】runnable是可运行的吧，包括正在运行的和将要运行的？
【回答】不是可运行，是正在运行
at java.lang.Object.wait(Native Method)
这段话给个完整的解释：表示当前程序运行到：从Thread.run这个方法的619行，调用到了JIoEndpoint$Worker.run方法的442行，调用到了JIoEndpoint$Worker.await方法的416行，调用到了Object.wait方法的485行
用前面我们那种表示方法写出来，就是：
Object.wait
JIoEndpoint$Worker.await
JIoEndpoint$Worker.run
Thread.run
好，现在应该明白了吧，这个线程现在就“卡”在Object.wait这个方法上了；其实这个方法跟异常的表达方法完全一样，异常只是多了一个信息，其他都相同。
【提问】java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)，TIMED_WAITING和WAITING有什么区别吗？
【回答】TIMED_WAITING跟waiting类似，只不过是调用的object的方法不一样，前者是Object.wait(int second)这个方法，后者是Object.wait()这个方法。
【提问】异常的信息是有异常时生成的还是jvm生成的？
【回答】云墨竹：有异常生成的，直接调用堆栈信息到抛异常的地点
这些东西看起来很简单，但是我前面吹的天花乱坠，说什么这个很重要，什么有很多意想不到的收获等等，估计大家很难凭空看这些能知道什么，先举个例子来用一次堆栈。
【问题】实际上不是异常的吧，只不过到了这里阻塞了，等待客户端调用？
【回答】你理解这个就是在wait就行了，不用管是否等待用户调用
【问题】如果我想单一改变一个线程状态。如何改吖？例如把 runnable 改成 timewaite
【提问】调用连什么时候生成的，都运行完了生成有什么用？
在用之前先说明一个道理：对于一个线程来说，它一定是顺序执行的，虽然中间有if，有循环，但是只要你知道条件，就一定能判断出程序的下一步会执行哪句话，所以，注意了，运行在一个线程里的程序代码段，就像一个河流，顺着河道在流，既然是河道，有的地方就流的快，有的地方就流的慢；这个道理你得好好理解一下，例如满大街的人都朝同一个方向走，有的以声音的速度走，有的以子弹的速度走，有的跟蜗牛的速度一样；这个时候你对着大街拍一张照片，能看到的人，多半就是以蜗牛速度在走的人，这些蜗牛速度的人，就是导致交通拥挤的元凶。大家理解一下这个道理，你对着大街照张像，看到的只有蜗牛速度的人，看不到以子弹速度或者声音速度走的人
【提问】那这个程序里的子弹速度应该是被记录下来的吧？
【回答】不会，只会记录蜗牛的，子弹速度的也记录不下来，因为子弹已经通过这条街道了，但子弹再往前走，可能就变成蜗牛的速度了。
上面这个方法，就是经典的性能分析法。
1 File f=new File("aaa.txt");
...
//读取文件中的一行,br是根据f构造的一个BufferedReader。你们自己填充。
2 String s = br.readln();
这两行代码，显然第2句速度比较慢，因为第二句是个io操作。
如果你的程序反复执行这2句话，这个时候你照张像，看到的或许1000个只能看到第2句，只有一个能看到第一句；所以总结一下：你看到的，多半就是瓶颈，看到的越频繁，说明这个瓶颈越严重。
【提问】照相的是谁?
【回答】堆栈
【提问】：如何照相？
【回答】用前面那个方法，打印出来的堆栈就是照相
【提问】:这二句话应该是顺序执行怎么会照到二个?
【回答】按ctrl－break
【问题】这个堆栈应该是实时更新的吧
【回答】当然是实时更新了
【提问】第一个会被记录到堆栈里吗？
【回答】会，正好运行在第一句话的时候，你打堆栈就能看到
【提问】:这二句话应该是顺序执行怎么会照到二个?
【回答】因为第一句话很快就执行过去了，第二句话执行的较慢，用相机一拍，看到的就多半是第二句话
【提问】那后面的语句更新就会把他给冲掉是吧？
【回答】但是由于第一句话运行的很快，你很难抓到这个时机。记住，这个方法记录的是“当前”jvm的线程状态。
【提问】照相的时候记录的是当前正在运行的线程吗？
【回答】对，并且是当前jvm里所有运行的线程状态。
【提问】是不是每个在dos窗口下运行的java程序，我都能用同样的方法看到调用链
【回答】对
【提问】照相的时候记录的是当前正在运行的线程吗？
【回答】云墨竹：这个堆栈其实是运行线程的堆栈
【提问】有没有工具，自动分析jvm找出瓶颈的，手动是不是太麻烦了
【提问】意思就是多照相几次 就知道系统的瓶颈了对吗
【回答】不一定，发现瓶颈还有个条件，就是需要大街上有很多人正在走，如果没几个人正在走，你照的照片也没什么用
【提问】性能测试工具一般都重写了JVM
【回答】不是这样，这个课后再解释
【提问】那那些自动化测试的工具是不是基于这些原理的？
【回答】有关，后面会说到
【提问】我想指定一个线程 把它给关闭。好像windows下通过PID把它给kill一样！ 这个如何做到吖？
【回答】这个查看Thread这个类的api
【提问】有没有工具，自动分析jvm找出瓶颈的，手动是不是太麻烦了
【回答】据我所知还没用这样的工具
【问题】jconsole主要用来做什么的？
【回答】用来连接mbeanserver的；mbeanserver是jmx里的。
马上就完了，因为这个话题说实话，是靠功力的，我只能领你们到这个地步，后面的修行还是要靠自己对程序的理解；上面讲的是打印堆栈的一个比较经典的用法
【提问】你是看了哪方面的书？还是用多线程做过服务器 ，为什么你这么了解 我却一点不懂
【提问】我是做web容器的，这些经常用到，需要进行程序分析。
【提问】那在实际中，是怎么操作的？
【回答】刚才讲的就是一个实际的用途
下面继续说跟压力工具结合；刚才那个用法有个前提，就是所有的线程都跑起来了，如果像大家刚才直接打印tomcat的堆栈，实际上看不出太多东西；也就是说，大街上必须有很多人在跑的时候，你照相才有用，没用人跑，照出来的像只是废品；而压力工具，就是模拟，或者制造这些在街上跑的人，大豆说跟黑客帝国一样，其实对了一点，分析程序的时候，我看这些堆栈就跟黑客帝国里屏幕上流动的绿色的字一样，能看穿系统在做什么事；现在还是举例说一下系统在做什么事
看一下这个堆栈，这个堆栈是海星昨天写的一个程序，通过这个可以知道海星的代码是怎么写的。
Full thread dump Java HotSpot(TM) Client VM (1.6.0-b105 mixed mode, sharing):
"Low Memory Detector" daemon prio=6 tid=0x02b06c00 nid=0x988 runnable [0x00000000..0x00000000]
"CompilerThread0" daemon prio=10 tid=0x02b02000 nid=0x8e4 waiting on condition [0x00000000..0x02d7f81c]
"Attach Listener" daemon prio=10 tid=0x02b01000 nid=0x970 runnable [0x00000000..0x00000000]
"Signal Dispatcher" daemon prio=10 tid=0x02b1dc00 nid=0xa74 waiting on condition [0x00000000..0x00000000]
"Finalizer" daemon prio=8 tid=0x02ac1800 nid=0xe54 in Object.wait() [0x02c8f000..0x02c8fc94]
"Reference Handler" daemon prio=10 tid=0x02abd400 nid=0xc20 in Object.wait() [0x02c3f000..0x02c3fd14]
"main" prio=6 tid=0x002e6000 nid=0xb1c runnable [0x0092f000..0x0092fe54]
"VM Thread" prio=10 tid=0x02ab4000 nid=0x788 runnable
"VM Periodic Task Thread" prio=10 tid=0x02b0b400 nid=0x9c0 waiting on condition
JNI global references: 576
现在反向分析海星这个程序在做什么事。首先，过滤掉与海星的代码无关的东西，无关的东西，就是系统的线程，系统的线程首先忽略。其实上面这段代码，只有一个线程与海星的代码有关，其他都是系统线程，跟刚才tomcat打印出的堆栈重复的都是系统线程
看一下这个堆栈，我放大一下：
"main" prio=6 tid=0x002e6000 nid=0xb1c runnable [0x0092f000..0x0092fe54]
【提问】没有比较的情况下我怎么确定那些是系统线程?
【回答】看多了就知道哪些是系统线程了，这个我没法教你了
现在来反向分析海星的这段代码，从下往上看：先看第一句：
考验一下大家，这句是什么意思？猜也能猜出来，这是在调用BlackSocketServer构造方法。
然后继续，在这个BlackSocketServer类的构造方法里的第24行，调用了：
所以显然这个类第24行类似这样：serverSocket.accept()继续沿着调用链往上看，这个accept方法调用到了
要是有兴趣，你去查一下这个方法，一般情况下，你至少可以确定出海星用的jdk是什么版本了，不同版本的行号会不一样，通过这个大致可以看出来。
沿着调用链往上再走，这句比较特殊
这句解释一下，这句表明这段代码占用了一个锁，这个锁的hashcode是0x22a02308
知道这个锁也很有意义，不过我可能没办法解释给你们听明白了，我粗粗的说一下，知道这个锁，可以发现程序里是否有死锁；也可以发现程序里什么地方设计的不合理；这是这个锁最常用到的功能，这个地方看以后你们自己的修行了；我写段代码解释。
Object lock=new Object();
synchronized(lock) {
}
Object lock=new Object();
synchronized(lock) {
}
程序运行到A的地方的时候，拥有了一把锁，这个锁就是那个对象（lock）
这句话提现在堆栈上，就是有一句类似这样的话：
沿着刚才那个调用栈再往上走，还有2句，那2句不解释了，跟前面的类似，同理，分析一些经典的程序的时候，也可以用这种方法；例如tomcat，struts，现在贴一个处于运行状态的tomcat的线程。
"http-8080-197" daemon prio=6 tid=0x0000000056aeec00 nid=0x7c8 runnable [0x00000
0005c60f000..0x000000005c60f8e0]
.java:730)
lInputBuffer.java:366)
:806)
ss(Http11Protocol.java:583)
7)
这个代码仅供你们看，要想看懂得对tomcat的源码有一定理解，我不解释了，我只告诉你们我只看这段代码分析出的结果
at org.apache.tomcat.util.net.JIoEndpoint$Worker.run(JIoEndpoint.java:44
7)
这句话说明这个tomcat是tomcat6，因为我熟知tomcat5没用这个调用过程
lxp(49576574) 22:30:26
【提问】$是什么意思？
【回答】表示JIoEndpoint.java这个文件里有个内部类，叫做Worker
at org.apache.tomcat.util.net.JIoEndpoint$Worker.run(JIoEndpoint.java:44
7)
这句话说明这个tomcat是tomcat6，因为我熟知tomcat5没用这个调用过程，并且这个请求是通过http端口上来的，因为如果是通过nio端口上来，堆栈不是这个样子。
从这2句话看，这个线程目前阻塞在读取网络io上，从打印的整个堆栈上看，阻塞在这里的占了90％以上，所以可以判断出，这个系统目前瓶颈在网络io上，网络io已经饱和了，并且同时可以判断出，发送的东西较多，返回的东西很少
【提问】90%怎么看出的？
【回答】因为我统计了一下，总共100多个线程，多数都在read
【提问】你前面有说runnable 是正在运行的线程...怎么这里又是阻塞呢？
【回答】说阻塞不准确，准确的说应该是“卡”在这里了
【提问】发送的东西较多，返回的东西很少，怎么看出来的？？
【回答】如果返回的东西跟发送的东西相当的话，应该一半卡在读，一半卡在写上，还有一个可能，是发送数据的效率不高也会导致这样
还有一个看单个线程堆栈的方法：
在你的代码里加上这句话：(new Exception("see see stacktrace......")).printStacktrace();这句话也会打印出这个线程目前运行的调用堆栈
最后结束一下：其实一个系统的堆栈是非常复杂的，例如weblogic，glassfish等的，看看这些堆栈，会对你的思维很有好处
【提问】nio啥意思？
【回答】NIO是IO的加强版
【提问】通过调用栈如何判断锁是否是死锁。
【回答】如果你看到2个线程，一个线程占用了锁1，在等待锁2，另一个线程占用了锁2，在等待锁1，就是最简单的死锁了。复杂点的，一个线程占了锁1，2，N，另外若干个线程占用了。。。。。
今天讲的那个不是线程的状态，是堆栈里显示的状态，能在堆栈的东西，都不处于加载，销毁的过程了
你说堆栈在更新，那么所有的调用记录就没有一个全的还是什么？
打印就是打印那瞬间的线程运行状态，线程的运行状态不仅仅是wait，run，还包括运行在了哪一点，这个点最终能定位到某一行代码上，而调用顺序是不需要看的，只要知道某个线程运行时各个对象的状态，就可以知道下一步会走到哪里
网友月光园对课程的总结：
1.链式调用（堆栈）
2.线程快照（Ctrl+break/kill -3)
3.堆栈中线程只有两种状态waiting runnable
4.线程快照的结果是随机的，运行消耗时间长的线程更容易被记录
5.压力测试就是模拟线程密集运行时的快照结果
6.海星实例，根据实际例子和一些经验来分析问题（如堆栈阻塞规模，程序吞吐流量）
7.一个打印线程堆栈的tip
说说jprofiler，jprofiler是个分析jvm的工具；它主要分析jvm里的对象和内存状态，以及cpu时间占用情况，所以主要用来分析内存泄露，例如你要是看到某个类型的对象所占用的内存一直在涨，总是不减，就能知道这个对象有内存泄露现象，只不过由于java里的对象使用的是引用，所以一般占用内存的东西最终都集中到了byte[]，String上，不容易看出到底是哪个对象的内存泄露导致的
【提问】java的内存泄露怎么定义？
【回答】java的内存泄露，大致上意思就是某个对象一直在扩展内存，总是不释放，导致系统内存不足了。
【问题】String池应该是放在栈里面的？
【回答】云墨竹：那叫常量池
jvm的内存划分看你从什么角度区分堆和栈了，站在jvm是c写的角度说，都是堆，没有栈，站在jvm内存管理机制的角度说，程序里的变量属于栈，对象属于堆
【问题】实际应用叮当说的东西就是写个脚本
【回答】比较是一方面，分析也是一方面，从堆栈里可以分析出很多有意思的东西，例如你做个ejb的调用，看看ejb调用这套栈，然后反过来分析ejb到底是什么，这就很有意思，其中可能会涉及到很多intercepter的概念，很多proxy的东西；不过总体来说，栈越深的程序，代码越复杂，理解起来越困难，可读性越差。
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