Java--死锁以及死锁的排查

Java--死锁以及死锁的排查

  • 2018-06-16

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

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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lockA，lockB，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

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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：

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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。

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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

jstack与jcmd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：

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Found one Java-level deadlock:
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"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-1与Thread-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

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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