作者：莫那·魯道
來源：http://thinkinjava.cn/2017/12/併發編程之死鎖解析/
併發編程之死鎖解析

前言

在 Java 的併發編程中，有一個問題需要特別注意，那就是死鎖，如果發生了死鎖，基本就是重啓，而重啓將會丟失運行中的數據。所以，瞭解死鎖的形成並排查死鎖到預防死鎖成了一個重要的問題。

我們瞭解任何一個事情的步驟是：what，how，why，why not。

1. 什麼是死鎖？

我們還是直接寫一段代碼來看看：

package hello;
public class DeadLock {
 public static void main(String[] args) {
 new Thread(() -> {
 try {
 new DeadLock().resource1();
 } catch (InterruptedException e) {
 }
 }
 ).start();
 new Thread(() -> {
 try {
 new DeadLock().resource2();
 } catch (InterruptedException e) {
 }
 }
 ).start();
 }
 void resource1() throws InterruptedException {
 synchronized ("resource1") {
 System.out.println("獲取資源1");
 // 等待 1 秒讓另一個線程拿到鎖
 Thread.sleep(1000);
 resource2();
 }
 }
 void resource2() throws InterruptedException {
 synchronized ("resource2") {
 System.out.println("獲取資源2");
 // 等待 1 秒讓另一個線程拿到鎖
 Thread.sleep(1000);
 resource1();
 }
 }
}

上面的代碼中，我們啓用了兩個線程，分別搶佔2個資源，但這兩個資源又分別被不同的對象（字符串）鎖住了。當第一個線程調用 resource1 方法，進入同步塊，拿到鎖，並等待 1 秒鐘讓另一個線程進入 resource2 同步塊，當第二個線程進入同步塊後，注意：此時， 拿着 resourec1 鎖的線程企圖拿到 resource2 的鎖，但這個時候，拿着 resource2 的線程也想去拿 resource1 的鎖。於是就出現了互相僵持的情況，誰也無法拿到對方的鎖，整個系統就卡死了。

這種情況就是死鎖。

像我們現在寫的代碼是自己故意造出來的死鎖，我們能夠發現，那如果是線上環境怎麼辦，假如我們的系統卡死了，我們怎麼知道到底是哪一段代碼出現了問題，有沒有可能使死鎖的問題。也就是如何檢測死鎖。

2. 如何檢測死鎖？

由於死鎖極難通過人工的方式查出來，因此JDK 提供了命令來檢測某個java進程中心線程的情況，並排查有沒有死鎖。上面命令呢？ jps , 用來查看java 程序的進程號，當然在 Linux 中也可以通過別的方式獲取， jstack 進程號命令則可以答應對應進程的棧信息，並找到死鎖。

我們就剛剛的程序，在 windows 上使用該命令。

C:\Users\stateis0>jps
11060
2084 Launcher
10712 RemoteMavenServer
18040 Jps
11820 DeadLock
C:\Users\stateis0>jstack 11820
2017-12-29 18:52:38
Full thread dump Java HotSpot(TM) Client VM (25.131-b11 mixed mode):
"DestroyJavaVM" #11 prio=5 os_prio=0 tid=0x051fe800 nid=0x1e0c waiting on condition [0x00000000]
 java.lang.Thread.State: RUNNABLE
"Thread-1" #10 prio=5 os_prio=0 tid=0x18777800 nid=0x5664 waiting for monitor entry [0x18e0f000]
 java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
 at hello.DeadLock.resource1(DeadLock.java:31)
 - waiting to lock <0x07415a50> (a java.lang.String)
 at hello.DeadLock.resource2(DeadLock.java:43)
 - locked <0x0742bd18> (a java.lang.String)
 at hello.DeadLock.lambda$main$1(DeadLock.java:20)
 at hello.DeadLock$$Lambda$2/4983748.run(Unknown Source)
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"Thread-0" #9 prio=5 os_prio=0 tid=0x18776c00 nid=0x4dc4 waiting for monitor entry [0x18d7f000]
 java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
 at hello.DeadLock.resource2(DeadLock.java:41)
 - waiting to lock <0x0742bd18> (a java.lang.String)
 at hello.DeadLock.resource1(DeadLock.java:33)
 - locked <0x07415a50> (a java.lang.String)
 at hello.DeadLock.lambda$main$0(DeadLock.java:11)
 at hello.DeadLock$$Lambda$1/5592464.run(Unknown Source)
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"Service Thread" #8 daemon prio=9 os_prio=0 tid=0x186e4c00 nid=0x172c runnable [0x00000000]
 java.lang.Thread.State: RUNNABLE
"C1 CompilerThread0" #7 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x186af000 nid=0x53f8 waiting on condition [0x00000000]
 java.lang.Thread.State: RUNNABLE
"Monitor Ctrl-Break" #6 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x1861e800 nid=0x3928 runnable [0x18b3f000]
 java.lang.Thread.State: RUNNABLE
 at java.net.SocketInputStream.socketRead0(Native Method)
 at java.net.SocketInputStream.socketRead(SocketInputStream.java:116)
 at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:171)
 at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:141)
 at sun.nio.cs.StreamDecoder.readBytes(StreamDecoder.java:284)
 at sun.nio.cs.StreamDecoder.implRead(StreamDecoder.java:326)
 at sun.nio.cs.StreamDecoder.read(StreamDecoder.java:178)
 - locked <0x07861da0> (a java.io.InputStreamReader)
 at java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:184)
 at java.io.BufferedReader.fill(BufferedReader.java:161)
 at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:324)
 - locked <0x07861da0> (a java.io.InputStreamReader)
 at java.io.BufferedReader.readLine(BufferedReader.java:389)
 at com.intellij.rt.execution.application.AppMainV2$1.run(AppMainV2.java:64)
"Attach Listener" #5 daemon prio=5 os_prio=2 tid=0x179c0800 nid=0x40a0 waiting on condition [0x00000000]
 java.lang.Thread.State: RUNNABLE
"Signal Dispatcher" #4 daemon prio=9 os_prio=2 tid=0x17985c00 nid=0x5004 runnable [0x00000000]
 java.lang.Thread.State: RUNNABLE
"Finalizer" #3 daemon prio=8 os_prio=1 tid=0x17972400 nid=0x41a8 in Object.wait() [0x17cff000]
 java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
 at java.lang.Object.wait(Native Method)
 - waiting on <0x0ca1b830> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
 at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:143)
 - locked <0x0ca1b830> (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=0x17960000 nid=0x4ef0 in Object.wait() [0x17c6f000]
 java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
 at java.lang.Object.wait(Native Method)
 - waiting on <0x0ca1b9d0> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
 at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
 at java.lang.ref.Reference.tryHandlePending(Reference.java:191)
 - locked <0x0ca1b9d0> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
 at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:153)
"VM Thread" os_prio=2 tid=0x1795a800 nid=0x3f54 runnable
"VM Periodic Task Thread" os_prio=2 tid=0x18739400 nid=0x4a14 waiting on condition
JNI global references: 229
// 找到一個死鎖
Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-1":
 waiting to lock monitor 0x17978de4 (object 0x07415a50, a java.lang.String),
 which is held by "Thread-0"
"Thread-0":
 waiting to lock monitor 0x1797a974 (object 0x0742bd18, a java.lang.String),
 which is held by "Thread-1"
Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread-1":
 at hello.DeadLock.resource1(DeadLock.java:31)
 // 等待 0x07415a50 鎖
 - waiting to lock <0x07415a50> (a java.lang.String)
 at hello.DeadLock.resource2(DeadLock.java:43)
 // 持有 0x0742bd18
 - locked <0x0742bd18> (a java.lang.String)
 at hello.DeadLock.lambda$main$1(DeadLock.java:20)
 at hello.DeadLock$$Lambda$2/4983748.run(Unknown Source)
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"Thread-0":
 at hello.DeadLock.resource2(DeadLock.java:41)
 // 等待 0x0742bd18 鎖
 - waiting to lock <0x0742bd18> (a java.lang.String)
 at hello.DeadLock.resource1(DeadLock.java:33)
 // 持有 0x07415a50
 - locked <0x07415a50> (a java.lang.String)
 at hello.DeadLock.lambda$main$0(DeadLock.java:11)
 at hello.DeadLock$$Lambda$1/5592464.run(Unknown Source)
 at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
// 發現了一個死鎖
Found 1 deadlock.
C:\Users\stateis0>
Thread-1 waiting to lock <0x07415a50> locked <0x0742bd18> Thread-0 waiting to lock <0x0742bd18> locked <0x07415a50>

我們首先使用 jps 命令找到 java 進程號，然後使用 jstack 進程號 打印進程棧的信息，其中，在最後的部分，jstack 告訴我們，他找到了一個死鎖，其中又詳細的信息：Thread-1 線程（這裏我們沒有給線程其合適的名字，如果在線上，給線程起一個合適的名字將更有利於排查）持有 String 類型的編號爲 0x07415a50 的鎖，等待編號爲 0x07415a50 的鎖 ， 但這個鎖由 Thread-0 持有，於此同時，Thread-0 和 Thread-1 相反。Thread-0 線程持有 0x07415a50 的鎖，等待 0x07415a50 的鎖。我們的註釋裏也寫上了。

那麼發生了死鎖，該怎麼辦呢？最簡單的辦法就是重啓，重啓之後，對 jstack 中打印的堆棧信息中的代碼進行修改。重新發布。當然還有一些高級策略，比如讓進程回滾到死鎖前的狀態，然後讓他們順序進入同步塊。

3. 死鎖有哪些形成的原因

一般來說，要出現死鎖問題需要滿足以下條件：

  1. 互斥條件：一個資源每次只能被一個線程使用。
  2. 請求與保持條件：一個進程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放。
  3. 不剝奪條件：進程已獲得的資源，在未使用完之前，不能強行剝奪。
  4. 循環等待條件：若干進程之間形成一種頭尾相接的循環等待資源關係。

死鎖是由四個必要條件導致的，所以一般來說，只要破壞這四個必要條件中的一個條件，死鎖情況就應該不會發生。

如果想要打破互斥條件，我們需要允許進程同時訪問某些資源，這種方法受制於實際場景，不太容易實現條件；

打破不可搶佔條件，這樣需要允許進程強行從佔有者那裏奪取某些資源，或者簡單一點理解，佔有資源的進程不能再申請佔有其他資源，必須釋放手上的資源之後才能發起申請，這個其實也很難找到適用場景；

進程在運行前申請得到所有的資源，否則該進程不能進入準備執行狀態。這個方法看似有點用處，但是它的缺點是可能導致資源利用率和進程併發性降低；

避免出現資源申請環路，即對資源事先分類編號，按號分配。這種方式可以有效提高資源的利用率和系統吞吐量，但是增加了系統開銷，增大了進程對資源的佔用時間。

4 總結

併發編程中的坑很多，尤其死鎖，造成的問題基本只能靠重啓來解決，如果遇到了數據保存在內存中但沒有持久化的話，那麼重啓將出現很大的問題。因此我們在用鎖的時候，一定要小心。避免出現死鎖，如果出現了死鎖，則可以使用 jstack 命令查看線程是否有死鎖。用以排查問題。

總之併發的坑很多，樓主以後將會多多分析。

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