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排查死锁的 4 种工具,秀~原创

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死锁(Dead Lock)指的是两个或两个以上的运算单元(进程、线程或协程),都在等待对方停止执行,以取得系统资源,但是没有一方提前退出,就称为死锁。
image1.png

死锁示例

接下来,我们先来演示一下 Java 中最简单的死锁,我们创建两个锁和两个线程,让线程 1 先拥有锁 A,然后在 1s 后尝试获取锁 B,同时我们启动线程 2,让它先拥有锁 B,然后在 1s 之后尝试获取锁 A,这时就会出现相互等待对方释放锁的情况,从而造成死锁的问题,具体代码如下:

public class DeadLockExample {
    public static void main(String[] args) {
        Object lockA = new Object(); // 创建锁 A
        Object lockB = new Object(); // 创建锁 B

        // 创建线程 1
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 先获取锁 A
                synchronized (lockA) {
                    System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // 尝试获取锁 B
                    System.out.println("线程 1:等待获取 B...");
                    synchronized (lockB) {
                        System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");
                    }
                }
            }
        });
        t1.start(); // 运行线程

        // 创建线程 2
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 先获取锁 B
                synchronized (lockB) {
                    System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    // 尝试获取锁 A
                    System.out.println("线程 2:等待获取 A...");
                    synchronized (lockA) {
                        System.out.println("线程 2:获取到锁 A!");
                    }
                }
            }
        });
        t2.start(); // 运行线程
    }
}

以上程序的执行结果如下:

image2.png

从上述结果可以看出,线程 1 和线程 2 都在等待对方释放锁,这样就造成了死锁问题。

死锁产生原因

通过以上示例,我们可以得出结论,要产生死锁需要满足以下 4 个条件:

  • 互斥条件:指运算单元(进程、线程或协程)对所分配到的资源具有排它性,也就是说在一段时间内某个锁资源只能被一个运算单元所占用。
  • 请求和保持条件:指运算单元已经保持至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其它运算单元占有,此时请求运算单元阻塞,但又对自己已获得的其它资源保持不放。
  • 不可剥夺条件:指运算单元已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺。
  • 环路等待条件:指在发生死锁时,必然存在运算单元和资源的环形链,即运算单元正在等待另一个运算单元占用的资源,而对方又在等待自己占用的资源,从而造成环路等待的情况。

只有以上 4 个条件同时满足,才会造成死锁问题。

死锁排查

如果程序出现死锁问题,可通过以下 4 种方案中的任意一种进行分析和排查。

方案 1:jstack

我们在使用 jstack 之前,先要通过 jps 得到运行程序的进程 ID,使用方法如下:

image3.png
“jps -l”可以查询本机所有的 Java 程序,jps(Java Virtual Machine Process Status Tool)是 Java 提供的一个显示当前所有 Java 进程 pid 的命令,适合在 linux/unix/windows 平台上简单察看当前 Java 进程的一些简单情况,“-l”用于输出进程 pid 和运行程序完整路径名(包名和类名)。
有了进程 ID(PID)之后,我们就可以使用“jstack -l PID”来发现死锁问题了,如下图所示:
image4.png
jstack 用于生成 Java 虚拟机当前时刻的线程快照,“-l”表示长列表(long),打印关于锁的附加信息。
PS:可以使用 jstack -help 查看更多命令使用说明。

方案 2:jconsole

使用 jconsole 需要打开 JDK 的 bin 目录,找到 jconsole 并双击打开,如下图所示:
image5.png
然后选择要调试的程序,如下图所示:

image6.png

之后点击连接进入,选择“不安全的连接”进入监控主页,如下图所示:
image7.png
image8.png
之后切换到“线程”模块,点击“检测死锁”按钮,如下图所示:
image9.png

之后稍等片刻就会检测出死锁的相关信息,如下图所示:

image10.png

方案 3:jvisualvm

jvisualvm 也在 JDK 的 bin 目录中,同样是双击打开:
image11.png

稍等几秒之后,jvisualvm 中就会出现本地的所有 Java 程序,如下图所示:

image12.png
双击选择要调试的程序:
image13.png
单机鼠标进入“线程”模块,如下图所示:

image14.png
从上图可以看出,当我们切换到线程一栏之后就会直接显示出死锁信息,之后点击“线程 Dump”生成死锁的详情信息,如下图所示:
image15.png

方案 4:jmc

jmc 是 Oracle Java Mission Control 的缩写,是一个对 Java 程序进行管理、监控、概要分析和故障排查的工具套件。它也是在 JDK 的 bin 目录中,同样是双击启动,如下图所示:

image16.png
jmc 主页信息如下:

image17.png
之后选中要排查的程序,右键“启动 JMX 控制台”查看此程序的详细内容,如下图所示:

image18.png
image19.png

然后点击“线程”,勾中“死锁检测”就可以发现死锁和死锁的详情信息,如下图所示:
image20.png

总结

死锁是因为两个或两个以上的运算单元,都在等待对方停止执行,以取得系统资源,但没有一方提前退出,于是就出现了死锁。死锁的排查工具总共有 4 种:

  • jstack
  • jconsole
  • jvisualvm
  • jmc
    从易用性和性能方面来考虑,推荐使用 jconsole 或 jvisualvm 来排查死锁。
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