Java--死锁以及死锁的排查

最近遇到了死锁的问题,所以这里分析并总结下死锁,给出一套排查解决方案。

死锁示例一

清单一

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
public class SynchronizedDeadLock {

private static final Object lockA = new Object();
private static final Object lockB = new Object();

/**
* ThreadA先获取lockA,在获取lockB
*/
private static class ThreadA extends java.lang.Thread {

@Override
public void run() {
// 获取临界区A
synchronized (lockA) {
System.out.println("get lockA success");
// 模拟耗时操作
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 获取临界区B
synchronized (lockB) {
System.out.println("get lockB success");
}
}
}
}

/**
* ThreadB先获取lockB,在获取lockA
*/
private static class ThreadB extends java.lang.Thread {

@Override
public void run() {
// 获取临界区A
synchronized (lockB) {
System.out.println("get lockB success");
// 模拟耗时操作
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 获取临界区B
synchronized (lockA) {
System.out.println("get lockA success");
}
}
}
}
}

清单一代码有点长,但是逻辑很简单,有两个临界区变量lockAlockB,线程A先获取到lockA在获取lockB,线程B则与之相反顺序获取锁,那么就可能会有以下情况:
线程A获取到lockA之后发现lockB已被线程B获取,那么此时线程A进入blocked状态。同理线程B获取lockA时发现其被线程A获取,那么线程B也进入blocked状态,那么这就是死锁。

可以总结下,这种类型的死锁源于锁的嵌套,由于线程与线程之间的互相看对方都是乱序执行,因此加锁的顺序和释放顺序都是难以保证的,锁的互相嵌套在多线程下是一个很危险的操作,因此需要额外注意。

死锁示例二

清单二

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
public class TreeNode {
TreeNode parent = null;
List children = new ArrayList();

public synchronized void addChild(TreeNode child){
if(!this.children.contains(child)) {
this.children.add(child);
child.setParentOnly(this);
}
}

public synchronized void addChildOnly(TreeNode child){
if(!this.children.contains(child)){
this.children.add(child);
}
}

public synchronized void setParent(TreeNode parent){
this.parent = parent;
parent.addChildOnly(this);
}

public synchronized void setParentOnly(TreeNode parent){
this.parent = parent;
}
}

清单2的代码来自并发编程网-死锁,下方代码可以理解为一个组合模式,那么在多线程的环境下如果线程1调用parent.addChild(child)方法的同时有另外一个线程2调用child.setParent(parent)方法,两个线程中的parent表示的是同一个对象,child亦然,此时就会发生死锁。下面的伪代码说明了这个过程:

1
2
3
4
5
Thread 1: parent.addChild(child); //locks parent
--> child.setParentOnly(parent);

Thread 2: child.setParent(parent); //locks child
--> parent.addChildOnly()

也可以总结下:这种类型的死锁本质原因也是锁的嵌套问题,child.setParent(parent)该方法执行首先需要获取到child这个对象锁,然后其内部调用parent的方法则需要获取parent的对象锁,那么就形成了锁嵌套,因此会出现死锁。

死锁示例三

清单三是一种开发人员经常犯的错误,一般都是由于某些中断操作没有释放掉锁,所以也叫(Resource deadlock)比如下方的当i==5直接抛出异常,导致锁没有释放,所以对于资源释放语句一定要卸载finally中。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
public void hello(int i) {
LOCK.lock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "--hello:"+i);
// 异常抛出但是没有释放掉锁
if (i == 5) {
throw new IllegalArgumentException("抛出异常,模拟获取锁后不释放");
}
LOCK.unlock();
}

这种死锁最可怕的地方是难以排查,使用jstack时无法分析出这一类的死锁,你大概能得到的反馈可能线程仍然处于RUNNABLE,具体排查方法看下方的死锁排查。

死锁的排查

jstack or jcmd

jstackjcmd是JDK自带的工具包,使用jstack -l pid或者jcmd pid Thread.print可以查看当前应用的进程信息,如果有死锁也会分析出来。比如清单一中的死锁会分析出以下结果:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-1":
waiting to lock monitor 0x00007fbea28989b8 (object 0x000000076ac710a0, a java.lang.Object),
which is held by "Thread-0"
"Thread-0":
waiting to lock monitor 0x00007fbea480a158 (object 0x000000076ac710b0, a java.lang.Object),
which is held by "Thread-1"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread-1":
at cn.mrdear.custom.lock.SynchronizedDeadLock$ThreadB.run(SynchronizedDeadLock.java:72)
- waiting to lock <0x000000076ac710a0> (a java.lang.Object)
- locked <0x000000076ac710b0> (a java.lang.Object)
"Thread-0":
at cn.mrdear.custom.lock.SynchronizedDeadLock$ThreadA.run(SynchronizedDeadLock.java:48)
- waiting to lock <0x000000076ac710b0> (a java.lang.Object)
- locked <0x000000076ac710a0> (a java.lang.Object)

Found 1 deadlock.

在分析中明确指出发现了死锁,是由于Thread-1Thread-0锁的互斥导致的死锁。

有时候文件分析不是很容易看,此时可以借助一些工具来分析,比如http://gceasy.io/,其分析整理后使得结果更加容易看到。

资源死锁排查

由于资源没释放的死锁使用jstack等手段难以排查,这种棘手的问题一般要多次dump线程快照,参考kabutz/DeadlockLabJavaOne2012给出的经验主要有以下两种方式排查:
能够控制资源死锁的情况:

  1. 在死锁前dump出线程快照
  2. 在死锁后再次dump出线程快照
  3. 两者比较

已经死锁

  1. 每隔一段时间dump出线程快照
  2. 对比找到不会改变的那些线程再排查问题

应用自行检查

在Java中提供了ThreadMXBean类可以帮助开发者查找死锁,该查找效果与jstack一致,对于资源释放不当死锁是无法排查的。
使用方法如清单4所示,要注意的是死锁的排查不是一个很高效的流程,要注意对应用性能的影响。
清单四

1
2
ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
long[] threadsIds = threadMXBean.findDeadlockedThreads();

参考

http://ifeve.com/deadlock/
https://github.com/kabutz/DeadlockLabJavaOne2012

并行设计模式--生产者消费者
Java--读写锁的实现原理