☆技术问答集锦（二）

4 如何通过JDK命令，分析排查死锁、死循环？

top 命令：显示当前的活动进程，默认它是按消耗 CPU 的厉害程度进行排序，每5秒钟刷新一次列表，你也可以选择不同的排序方式，例如 m 是按内存占用方式进行排序的快捷键。

命令：top -Hp pid

top -Hp pid

可以实时的跟踪并获取指定进程中最耗cpu的线程。再用 jstack方法提取到对应的线程堆栈信息。

jps 命令：

jps用来查看JVM里面所有进程的具体状态, 包括进程ID，进程启动的路径等等。

jstack 命令：

1. 查看java程序崩溃生成core文件，获得core文件的java stack和native stack的信息；
2. 查看正在运行的java程序的java stack和native stack的信息：a) 查看运行的java程序呈现hung的状态；b) 跟踪Java的调用栈，剖析程序。

线程的状态分析：

Runnable：该状态表示线程具备所有运行条件，在运行队列中准备操作系统的调度，或者正在运行。

Wait on condition：该状态出现在线程等待某个条件的发生。具体是什么原因，可以结合 stacktrace来分析。最常见的情况是线程在等待网络的读写；另外一种出现 Wait on condition的常见情况是 该线程在 sleep，等待 sleep的时间到了时候，将被唤醒。

Waiting for monitor entry 和 in Object.wait()：在多线程的 JAVA程序中，实现线程之间的同步，就要说说 Monitor。 Monitor是Java中用以实现线程之间的互斥与协作的主要手段，它可以看成是对象或者 Class的锁。每一个对象都有，也仅有一个 monitor。

jinfo 命令：

jinfo可观察运行中的java程序的运行环境参数：参数包括Java System属性和JVM命令行参数；也可从core文件里面知道崩溃的Java应用程序的配置信息。

jstat 命令：

jstat利用了JVM内建的指令 对Java应用程序的资源和性能进行实时的命令行的监控，包括了对Heap size和垃圾回收状况的监控等等。

jmap 命令：

观察运行中的jvm物理内存的占用情况，包括Heap size, Perm size等等。

4.1 Java死循环分析

• 查看进程ID：top 或者 jps

• 按CPU使用率展示当前JAVA程序的所有线程：top -Hp 3230
  

  

  top -Hp 3230

其实这个地方按CPU的使用率来判定还不太好理解，以运行时间来判定可能更能说明问题些。

• 将运行时间最长的 本地线程ID（3244）转成16进制为0xcac。

• 生成线程堆栈日志文件 jstack -l 3230 > jstack.log；

• 打开堆栈日志 搜索“0xcac”：
  

  

  堆栈日志搜索“0xcac”

• 很容易的就找到了无限循环的调用线程堆栈。

4.2 Java死锁分析

在多线程程序的编写中，如果不适当的运用同步机制，则有可能造成程序的死锁，经常表现为程序的停顿，或者不再响应用户的请求。 比如在下面这个示例中，是个较为典型的死锁情况：

较为典型的死锁情况

5 Java中j.u.c包原理实现及CAS算法？

5.1 Java的多线程同步机制

在现代的多处理器系统中，提高程序的并行执行能力是 有效利用 CPU 资源的关键。为了有效协调多线程间的并发访问，必须采用适当的同步机制来协调竞争。当前常用的多线程同步机制可以分为下面三种类型：

volatile 变量：轻量级多线程同步机制，不会引起上下文切换和线程调度。仅提供内存可见性保证，不提供原子性。

CAS 原子指令：轻量级多线程同步机制，不会引起上下文切换和线程调度。它同时提供内存可见性和原子化更新保证。

内部锁和显式锁：重量级多线程同步机制，可能会引起上下文切换和线程调度，它同时提供内存可见性和原子性。

在这里，CAS 指的是现代 CPU 广泛支持的一种对内存中的共享数据进行操作的一种特殊指令。这个指令会对内存中的共享数据做原子的读写操作。简单介绍一下这个指令的操作过程：首先，CPU 会将内存中将要被更改的数据与期望的值做比较。然后，当这两个值相等时，CPU 才会将内存中的数值替换为新的值。否则便不做操作。最后，CPU 会将旧的数值返回。这一系列的操作是原子的。它们虽然看似复杂，但却是 Java 5 并发机制优于原有锁机制的根本。简单来说，CAS 的含义是“我认为原有的值应该是什么，如果是，则将原有的值更新为新值，否则不做修改，并告诉我原来的值是多少”。

在轻度到中度的争用情况下，非阻塞算法的性能会超越阻塞算法，因为 CAS 的多数时间都在第一次尝试时就成功，而发生争用时的开销也不涉及线程挂起和上下文切换，只多了几个循环迭代。没有争用的 CAS 要比没有争用的锁便宜得多（这句话肯定是真的，因为没有争用的锁涉及 CAS 加上额外的处理），而争用的 CAS 比争用的锁获取涉及更短的延迟。

5.2 Java中j.u.c包原理实现

Java的CAS会使用现代处理器上提供的高效机器级别原子指令，这些原子指令以原子方式对内存执行读-改-写操作，这是在多处理器中实现同步的关键（从本质上来说，能够支持原子性读-改-写指令的计算机器，是顺序计算图灵机的异步等价机器，因此 任何现代的多处理器都会去支持某种能对内存执行原子性读-改-写操作的原子指令）。同时，volatile变量的读/写和CAS可以实现线程之间的通信。把这些特性整合在一起，就形成了整个concurrent包得以实现的基石。如果我们仔细分析concurrent包的源代码实现，会发现一个通用化的实现模式：

1. 首先，声明共享变量为volatile；
2. 然后，使用CAS的原子条件更新来实现线程之间的同步；
3. 同时，配合以volatile的读/写和CAS所具有的volatile读和写的内存语义来实现线程之间的通信。

AQS，非阻塞数据结构和原子变量类（java.util.concurrent.atomic包中的类），这些concurrent包中的基础类都是使用这种模式来实现的，而concurrent包中的高层类又是依赖于这些基础类来实现的。从整体来看，concurrent包的实现示意图如下：

concurrent包实现示意图

6 有锁与无锁的本质区别？

有锁、无锁的本质都是在解决并发情况下竞态资源的线程安全问题。无锁只是把“排他性”进一步的弱化，以提高并发量，最大限度的使用CPU。

无锁只会在CPU控制权切换的等待，而有锁会在“锁释放”、“CPU控制权切换”两种情况下的等待。

最终无锁情况下，CPU使用率上不去，吞吐量下降，就受系统资源限制了。即使线程量增加，无非增加的是线程CPU控制权的切换成本，统一受CPU的控制调度，出现的也只能是等待了。

7 volatile关键字是否是线程安全的？

volatile关键字仅保证两点：

1. volatile变量线程之间可见性；
2. 禁止针对volatile变量操作指令重排序；

但最重要一点没有保证，关系到线程安全，就是Volatile变量操作指令的不保证原子性问题。

什么是原子操作：

多个线程执行一个操作时，其中任何一个线程要么完全执行完此操作的步骤，要么就没有执行此操作的任何步骤，那么认为这个操作才是原子的。

关于指令重排序的问题，在单线程中，重排序的前后只要不影响JVM执行结果，JVM可以运行指令重排序。

指令重排序的意义在于：

JVM能够根据处理器特性（CPU多级缓存系统、多核处理器等）适当的重新排序机器指令，使机器指令更符合CPU的执行特点，最大限度的发挥机器性能。

但是 在指令重排序在多线程的情况下，重排序的前后结果，可能不会一致了。这里导致结果不一致主要是线程安全的问题，即使指令不重排序，也会存在线程安全问题。这也就是原子性问题、或者没有加锁的问题；