[核心技术36问]18.什么情况下java程序会产生死锁？如何定位、修复？

18.什么情况下java程序会产生死锁？如何定位、修复？

    死锁是一种特定的程序状态，在实体之间，由于循环依赖导致彼此一直处于等待之中，没有任何个体可以继续前进。死锁不仅仅是在线程之间会发生，存在资源独占的进程之间同样也可能出现死锁。通常来说，我们大多是聚焦在多线程场景中的死锁，指两个或多个线程之间，由于互相持有对方需要的锁，而永久处于阻塞的状态。

    定位死锁最常用的工具就是利用jstack等工具获取线程栈，然后定位相互之间的依赖关系，进而找到死锁。如果是比较明显的死锁，往往jstack工具就能直接定位，类似JConsole甚至可以在图形界面进行有限的死锁检测。

    如果程序运行时发生了死锁，绝大多数情况下都是无法在线解决的，只能重启、修正程序本身问题。所以，代码开发阶段相互审查，或者利用工具进行预防性排查，也是很重要的。

 

写一个基本的死锁程序：

public class DeadLock extends Thread{
	private String first;
	private String second;
	public DeadLock(String name,String first,String second){
		super(name);
		this.first=first;
		this.second=second;
	}
	public void run(){
		synchronized(first){
			System.out.println(this.getName()+" obtained:"+first);
			try{
				Thread.sleep(1000L);
				synchronized (second) {
					System.out.println(this.getName()+" obtained:"+second);
				}
			}catch(InterruptedException e){
				//Do nothing
			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
		String lockA="lockA";
		String lockB="lockB";
		DeadLock t1=new DeadLock("Thread1", lockA, lockB);
		DeadLock t2=new DeadLock("Thread2", lockB, lockA);
		t1.start();
		t2.start();
		t1.join(); //调用join函数的线程执行完毕主线程才会继续运行
		t2.join();
	}

}

    这个程序编译执行后，几乎每次都可以重现死锁。

Thread2 obtained:lockB
Thread1 obtained:lockA

为什么先调用t1.start()，但是t2却先打印出来了。因为线程调度依赖于操作系统调度器，虽然可以通过优先级之类的进行影响，但是具体情况是不确定的。

    下面模拟问题定位，jstack。

首先使用jps或者系统的ps命令、任务管理器等工具，确定进程ID：8508。

    如上图所示，找到处于BLOCKED状态的线程，按照试图获取（WAITING）的锁ID查找，很快就定位问题。jstack本身也会把类似的简单死锁抽取出来，直接打印出来。

    在实际应用中，类死锁情况未必有如此清晰的输出，但是总体上可以理解为：区分线程状态-查看等待目标-对比Monitor等持有状态。

 

如何在编程中尽量预防死锁？

    死锁的发生基本上是因为：

（1）互斥条件，类似java中Monitor都是独占的，要么是我用，要么是你用。

（2）互斥条件是长期持有的，在使用结束之前，自己不会释放，也不能被其他线程抢占。

（3）循环依赖关系。两个或多个个体之间出现了锁的链条环。

据此分析可能的避免死锁的思路和方法：

（1）尽量避免使用多个锁，并且只有需要时才持有锁；

（2）如果必须使用多个锁，尽量设计好锁的获取顺序；

（3）使用带超时的方法，为程序带来更多可控性。

 

有时候并不是阻塞导致的死锁，只是某个线程进入了死循环，导致其他线程一直等待，这种问题如何诊断？

    死锁的另一个好朋友就是饥饿。死锁和饥饿都是线程活跃性问题。实践中死锁可以使用JVM自带的工具进行排查。

    死循环死锁可以认为是自旋锁死锁的一种，其他线程因为等待不到具体的信号提示，导致线程一直饥饿。这种情况下可以查看线程CPU使用情况，排查出使用CPU时间片最高的线程，再打出该线程的堆栈信息，排查代码。

    基于互斥量的锁如果发生死锁往往CPU使用率较低，实践中也可以从这一方面进行排查。