【Java核心-进阶】线程——排查死锁、避免死锁

1. 线程死锁的原因

死锁：两个或多个线程之间，由于互相持有对方需要的锁，而永久出于阻塞的状态。

 

会引起死锁的代码示例：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  String lockA = "lock-A";
  String lockB = "lock-B";

  Thread t1 = new Thread(()->run(lockA, lockB), "Sample-Thread-A");
  Thread t2 = new Thread(()->run(lockB, lockA), "Sample-Thread-B");

  t1.start();
  t2.start();
  t1.join();
  t2.join();
}

static void run(String name, String firstLock, String secondLock) {
  String threadName = Thread.currentThread.getName();
  synchronized (firstLock) {
    System.out.println(String.format("%s obtained: %s", threadName, firstLock));
    try {
      Thread.sleep(1000);
      synchronized (secondLock) {
        System.out.println(String.format("%s obtained: %s", threadName, secondLock));
      }
    } catch (InterruptedException e) {
      // 忽略异常
    }
  }
}

 

2. 查找定位死锁

死锁的排查定位往往非常费时费力，不要对“快速解决方案”抱有幻想！

 

2.1 通过辅助工具定位死锁

jstack、jConsole 等很多工具都可以检查死锁。

在实际应用中，死锁的定位可能会比较复杂。可以通过以下过程排查：

1. 检查区分线程状态
2. 查看等待的目标
3. 对比 Monitor 等持有状态

以上述示例程序为例，程序在运行过程中，我们可以：

 

# 通过命令 “jstack <pid>” 发现死锁信息：
 

 

# 通过 jConsole 中检测到此死锁：

 

2.2 通过 ThreadMXBean 定位死锁

如果是开发自己的管理工具，也可以在代码中使用 ThreadMXBean 来检测死锁。
注意：对线程进行快照是一个相对重量级的操作，须慎重选择频率和时机！

ThreadMXBean mBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
Runnable dlCheck = () -> {
  long[] threadIds = mBean.findDeadlockedThreads();
  if (threadIds != null) {
    ThreadInfo[] threadInfos = mBean.getThreadInfo(threadIds);
    System.out.println("Detected deadlock threads:");
    for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
      System.out.println(threadInfo.getThreadName());
    }
  }
};

ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduler.scheduleAtFixedRate(dlCheck, 5, 10, TimeUnit.SECONDS);

 

2.3 排查死循环引起的“假死锁”

如果线程进入死循环，它可能被误认为发生了死锁。但是通过前述的方法又发现没有死锁。
这种情况下，死循环线程的 CPU使用率 会飙升。
所以可以查看CPU使用率，找到CPU占用率高的线程，输出线程堆栈信息，排查代码。

以一个Linux环境中的Java程序为例：

a. 通过 top 命令找出CPU占用率较高的进程。

在运维管理合理的实际项目中，我们通常会事先将业务进程的 pid 记录到某个文件，无需额外查找。
配合容器化、微服务的部署，一个容器或一台（虚拟）服务器上不应运行多个业务进程。
而此处 top命令主要是从多个业务进程中找到那个因死循环而CPU占用率超高的进程。

 

此示例中，目标Java进程的进程号为 24310

 

b. 通过 ps 命令找出Java进程中CPU占用率较高的线程。

ps -mp 24310 -o THREAD,tid
找到对应线程的线程号为 24311

 

c. 通过 jstack 输出线程信息，对照上述线程号，找到对应线程堆栈信息，结合代码排查问题。

jstack 24310
jstack 输出的信息中，线程号是以16进制的格式展示的，所以上述线程号 24311 被显示为 0x5ef7
可通过命令 printf "%x\n" 24311 进行转换。

 

 

3. 避免死锁

产生死锁的基本要素：

• 互斥条件。锁是独占式，同一时刻只能由单个线程持有。
• 互斥条件（锁）被长期持有。在使用结束之前，线程不会自己释放锁，也不能被其它线程抢占。
• 循环依赖。两个或多个线程之间形成锁的链条环。

根据死锁的基本要素避免死锁：

• 尽量避免使用多个锁。嵌套的 synchronized 和 lock 非常容易出问题。
• 如果必须用多个锁，需仔细设计推演锁的获取顺序。让所有线程按照相同的顺序获取锁，就是一种常见的思路。
• 使用带超时的方法。可以让程序假定可能无法获得锁，并设定锁获取失败时的退出逻辑。