[锁] 线程死锁解析

一  前言

　　在 Java 的并发编程中，有一个问题需要特别注意，那就是死锁，如果发生了死锁，基本就是重启，而重启将会丢失运行中的数据。所以，了解死锁的形成并排查死锁到预防死锁成了一个重要的问题。

　　我们了解任何一个事情的步骤是：what，how，why，why not。

二  什么是死锁

/**
 * 两个线程相互得到锁1，锁2，然后线程1等待线程2释放锁2，线程2等待线程1释放锁1，两者各不相互，这样形成死锁。
 * 那么如何避免和解决死锁问题呢？
 * 1、按顺序加锁
 *      上个例子线程间加锁的顺序各不一致，导致死锁，如果每个线程都按同一个的加锁顺序这样就不会出现死锁。
 * 2、获取锁时限
 *      每个获取锁的时候加上个时限，如果超过某个时间就放弃获取锁之类的。
 * 3、死锁检测
 *      按线程间获取锁的关系检测线程间是否发生死锁，如果发生死锁就执行一定的策略，如终断线程或回滚操作等。
 */
public class DeadThreadTest {
    private static final Object lock1 = new Object();
    private static final Object lock2 = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {//非lamada表达式
            @Override
            public void run() {
                synchronized (lock1){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock1");
                    try {
                        Thread.sleep(100);//休眠100ms，保证其他线程能先获取lock2
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (lock2){
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock2");
                    }
                }
            }
        });
        thread1.setName("thread1");
        thread1.start();

        Thread thread2 = new Thread(()->{
            synchronized (lock2){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock2");
                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (lock1){
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get lock1");
                }
            }
        });
        thread2.setName("thread2");
        thread2.start();
    }
}

　　上面的代码中，我们启用了两个线程，分别抢占2个锁，但这两个锁又分别被不同的线程持有。当第一个线程进入同步块，拿到锁lock1，并等待 1 秒钟让另一个线程进入 lock2 同步块，当第二个线程进入同步块后，注意：此时， 拿着 lock1 锁的线程企图拿到 lock2 的锁，但这个时候，拿着 lock2 的线程也想去拿 lock1 的锁。于是就出现了互相僵持的情况，谁也无法拿到对方的锁，整个系统就卡死了。这种情况就是死锁。

　　像我们现在写的代码是自己故意造出来的死锁，我们能够发现，那如果是线上环境怎么办，假如我们的系统卡死了，我们怎么知道到底是哪一段代码出现了问题，有没有可能使死锁的问题。也就是如何检测死锁。

三  如何检测死锁

　　由于死锁极难通过人工的方式查出来，因此JDK 提供了命令来检测某个java进程中线程的情况，并排查有没有死锁。

　　jps：用来查看java 程序的进程号，当然在 Linux 中也可以通过别的方式获取

　　jstack pid：进程号命令则可以打印对应进程的栈信息，并找到死锁。

　　我们就刚刚的程序，在 windows 上使用该命令。

jps
10832 Launcher
14272 Launcher
18560 Launcher
22672 Jps
24336 Launcher
10884 DeadThreadTest

　　使用jstack打印进程的堆栈信息：

D:IdeaProjectsmyProjectmySystem>jstack 10884
2019-10-13 17:41:41
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.144-b01 mixed mode):

"DestroyJavaVM" #15 prio=5 os_prio=0 tid=0x0000000002f8c000 nid=0x37a4 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"thread2" #14 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001b853000 nid=0x3e40 waiting for monitor entry [0x000000001c8be000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
        at com.dh.yjt.SpringBootDemo.test.concurrent.DeadThreadTest.lambda$main$0(DeadThreadTest.java:46)
        - waiting to lock <0x00000000d7e36558> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000d7e36568> (a java.lang.Object)
        at com.dh.yjt.SpringBootDemo.test.concurrent.DeadThreadTest$$Lambda$1/885851948.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

"thread1" #13 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001a253800 nid=0x327c waiting for monitor entry [0x000000001b50f000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
        at com.dh.yjt.SpringBootDemo.test.concurrent.DeadThreadTest$1.run(DeadThreadTest.java:29)
        - waiting to lock <0x00000000d7e36568> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000d7e36558> (a java.lang.Object)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

"Service Thread" #12 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x000000001a236800 nid=0x5c9c runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C1 CompilerThread2" #11 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x000000001a18c000 nid=0xffc waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread1" #10 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x000000001a18b800 nid=0x4cd8 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread0" #9 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x000000001a10a800 nid=0x6b8 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"JDWP Command Reader" #8 daemon prio=10 os_prio=0 tid=0x0000000017ac3800 nid=0x50b4 runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"JDWP Event Helper Thread" #7 daemon prio=10 os_prio=0 tid=0x0000000017ac0000 nid=0x23c4 runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"JDWP Transport Listener: dt_socket" #6 daemon prio=10 os_prio=0 tid=0x0000000017ab3000 nid=0x3434 runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Attach Listener" #5 daemon prio=5 os_prio=2 tid=0x0000000018e82800 nid=0x3344 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Signal Dispatcher" #4 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x0000000017a93000 nid=0x1884 runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Finalizer" #3 daemon prio=8 os_prio=1 tid=0x0000000017a5e800 nid=0x51ac in Object.wait() [0x0000000018ddf000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
        at java.lang.Object.wait(Native Method)
        - waiting on <0x00000000d7508ec8> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
        at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:143)
        - locked <0x00000000d7508ec8> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
        at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:164)
        at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:209)

"Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=2 tid=0x000000000307e000 nid=0x3d74 in Object.wait() [0x0000000018cdf000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
        at java.lang.Object.wait(Native Method)
        - waiting on <0x00000000d7506b68> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
        at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
        at java.lang.ref.Reference.tryHandlePending(Reference.java:191)
        - locked <0x00000000d7506b68> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
        at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:153)

"VM Thread" os_prio=2 tid=0x0000000017a37800 nid=0x4008 runnable

"GC task thread#0 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000002fa5000 nid=0x2f08 runnable

"GC task thread#1 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000002fa6800 nid=0x43fc runnable

"GC task thread#2 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000002fa8000 nid=0x2284 runnable

"GC task thread#3 (ParallelGC)" os_prio=0 tid=0x0000000002fa9800 nid=0x47fc runnable

"VM Periodic Task Thread" os_prio=2 tid=0x000000001a196800 nid=0x1dec waiting on condition

JNI global references: 2460


Found one Java-level deadlock:
=============================
"thread2":
  waiting to lock monitor 0x0000000017a6c8b8 (object 0x00000000d7e36558, a java.lang.Object),
  which is held by "thread1"
"thread1":
  waiting to lock monitor 0x0000000017a6b368 (object 0x00000000d7e36568, a java.lang.Object),
  which is held by "thread2"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"thread2":
        at com.dh.yjt.SpringBootDemo.test.concurrent.DeadThreadTest.lambda$main$0(DeadThreadTest.java:46)
        - waiting to lock <0x00000000d7e36558> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000d7e36568> (a java.lang.Object)
        at com.dh.yjt.SpringBootDemo.test.concurrent.DeadThreadTest$$Lambda$1/885851948.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"thread1":
        at com.dh.yjt.SpringBootDemo.test.concurrent.DeadThreadTest$1.run(DeadThreadTest.java:29)
        - waiting to lock <0x00000000d7e36568> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000d7e36558> (a java.lang.Object)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

Found 1 deadlock.

　　我们首先使用 jps 命令找到 java 进程号，然后使用 jstack 进程号 打印进程栈的信息，其中，在最后的部分，jstack 告诉我们，他找到了一个死锁，其中又详细的信息：Thread-2 线程持有 Object 类型的编号为 0x00000000d7e36568 的锁，等待编号为 0x00000000d7e36558 的锁 ， 但这个锁由 Thread-1 持有，于此同时，Thread-1 和 Thread-2 相反。Thread-1 线程持有 0x00000000d7e36558 的锁，等待 0x00000000d7e36568 的锁。因此发生死锁。

　　那么发生了死锁，该怎么办呢？最简单的办法就是重启，重启之后，对 jstack 中打印的堆栈信息中的代码进行修改。重新发布。当然还有一些高级策略，比如让进程回滚到死锁前的状态，然后让他们顺序进入同步块。

四  死锁形成的原因

　　一般来说，要出现死锁问题需要满足以下条件：

1. 互斥条件：一个资源每次只能被一个线程使用。

2. 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。

3. 不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺。

4. 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

　　死锁是由四个必要条件导致的，所以一般来说，只要破坏这四个必要条件中的一个条件，死锁情况就应该不会发生。

　　如果想要打破互斥条件，我们需要允许进程同时访问某些资源，这种方法受制于实际场景，不太容易实现条件；

　　打破不可剥夺条件，这样需要允许进程强行从占有者那里夺取某些资源，或者简单一点理解，占有资源的进程不能再申请占有其他资源，必须释放手上的资源之后才能发起申请，这个其实也很难找到适用场景；

　　进程在运行前申请得到所有的资源，否则该进程不能进入准备执行状态。这个方法看似有点用处，但是它的缺点是可能导致资源利用率和进程并发性降低；

　　避免出现资源申请环路，即对资源事先分类编号，按号分配。这种方式可以有效提高资源的利用率和系统吞吐量，但是增加了系统开销，增大了进程对资源的占用时间。