JAVA中死锁例子分析和上下文切换的实战[通俗易懂]

大家好，又见面了，我是全栈君。

本篇是整理《java多线程编程核心技术》和《java并发编程的艺术》中对于死锁和上下文切换的查看命令的总结。

一、死锁

1.死锁的图解

• 死锁
  死锁是两个甚至多个线程被永久阻塞时的一种运行局面。死锁的原因：由于两个甚至多个线程相互等待对方已被锁定的资源。
  

2.死锁的例子

public class DeadThreadLockTest implements Runnable{ 
   

    private Object lock1 = new Object();
    private Object lock2 = new Object();

    private String name;

    public void setFlag(String name){
        this.name = name;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {


        DeadThreadLockTest dtlt = new DeadThreadLockTest();
        dtlt.setFlag("a");
        Thread t1 = new Thread(dtlt,"t1");
        t1.start();

        Thread.sleep(1000);

        dtlt.setFlag("b");
        Thread t2 = new Thread(dtlt,"t2");
        t2.start();

    }

    @Override
    public void run() {

        if(name.equals("a")) {
            synchronized (lock1){

                System.out.println("name : " + name + " -- " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }


                synchronized (lock2){

                    System.out.println("lock1 ---> lock2");
                }

            }

        }
        if (name.equals("b")){
            synchronized (lock2){

                    System.out.println("name : " + name + " -- " + Thread.currentThread().getName());
                    try {
                        Thread.sleep(3000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (lock1){

                        System.out.println("lock2 ---> lock1");
                    }
            }
        }
    }
}

ide一直处于run状态，运行控制台打印的结果：

#org.dufy.cha2.t2.DeadThreadLockTest
name : a  -- t1
name : b  -- t2

3.检查线程状态命令-查看是否发生死锁

（1）：jps命令：显示当前所有的java进程（显示当前用户的所有java进程的PID）

F:\My_WorkSpace\idea_project>jps
1684 RemoteMavenServer
11088 Jps
2816 AppMain  #我们上面代码的执行线程id
1260
2332 Launcher

（2）：jstack ：当前线程的状态

F:\My_WorkSpace\idea_project>jstack -l 2816
2017-10-04 11:02:26
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (24.79-b02 mixed mode):

"DestroyJavaVM" prio=6 tid=0x000000000173e000 nid=0x1820 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

   Locked ownable synchronizers:
        - None

"t2" prio=6 tid=0x000000000dd3c800 nid=0x22d0 waiting for monitor entry [0x000000000e92f000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
        at org.dufy.cha2.t2.DeadThreadLockTest.run(DeadThreadLockTest.java:71)
        - waiting to lock <0x00000007d61fc418> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000007d61fc428> (a java.lang.Object)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

   Locked ownable synchronizers:
        - None

"t1" prio=6 tid=0x000000000dd3b800 nid=0x9d8 waiting for monitor entry [0x000000000e82f000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
        at org.dufy.cha2.t2.DeadThreadLockTest.run(DeadThreadLockTest.java:54)
        - waiting to lock <0x00000007d61fc428> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000007d61fc418> (a java.lang.Object)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

   Locked ownable synchronizers:
        - None

"Finalizer" daemon prio=8 tid=0x000000000bc5f800 nid=0x268c in Object.wait() [0x000000000dc2f000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
        at java.lang.Object.wait(Native Method)
        - waiting on <0x00000007d6084858> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
        at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:135)
        - locked <0x00000007d6084858> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
        at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:151)
        at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:209)

   Locked ownable synchronizers:
        - None

"Reference Handler" daemon prio=10 tid=0x000000000bc59000 nid=0x2054 in Object.wait() [0x000000000db2f000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
        at java.lang.Object.wait(Native Method)
        - waiting on <0x00000007d6084470> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
        at java.lang.Object.wait(Object.java:503)
        at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:133)
        - locked <0x00000007d6084470> (a java.lang.ref.Reference$Lock)

   Locked ownable synchronizers:
        - None

Found one Java-level deadlock:
=============================
"t2":
  waiting to lock monitor 0x000000000bc5f438 (object 0x00000007d61fc418, a java.lang.Object),
  which is held by "t1"
"t1":
  waiting to lock monitor 0x000000000bc5e0f8 (object 0x00000007d61fc428, a java.lang.Object),
  which is held by "t2"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"t2":
        at org.dufy.cha2.t2.DeadThreadLockTest.run(DeadThreadLockTest.java:71)
        - waiting to lock <0x00000007d61fc418> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000007d61fc428> (a java.lang.Object)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
"t1":
        at org.dufy.cha2.t2.DeadThreadLockTest.run(DeadThreadLockTest.java:54)
        - waiting to lock <0x00000007d61fc428> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000007d61fc418> (a java.lang.Object)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

Found 1 deadlock.

查看线程的状态，并发现Found one Java-level deadlock:，Found 1 deadlock.可以知道线程发生了死锁！

4.总结

• 死锁发生的条件
  互斥条件：线程对资源的访问是排他性的，如果一个线程对占用了某资源，那么其他线程必须处于等待状态，直到资源被释放。
  请求和保持条件：线程T1至少已经保持了一个资源R1占用,但又提出对另一个资源R2请求，而此时，资源R2被其他线程T2占用，于是该线程T1也必须等待，但又对自己保持的资源R1不释放。
  不剥夺条件：线程已获得的资源，在未使用完之前，不能被其他线程剥夺，只能在使用完以后由自己释放。
  环路等待条件：在死锁发生时，必然存在一个“进程-资源环形链”，即：{p0,p1,p2,…pn},进程p0（或线程）等待p1占用的资源，p1等待p2占用的资源，pn等待p0占用的资源。（最直观的理解是，p0等待p1占用的资源，而p1而在等待p0占用的资源，于是两个进程就相互等待）

• 避免死锁

  避免嵌套封锁：这是死锁最主要的原因的，如果你已经有一个资源了就要避免封锁另一个资源。如果你运行时只有一个对象封锁，那是几乎不可能出现一个死锁局面的。

  只对有请求的进行封锁：你应当只想你要运行的资源获取封锁，比如在上述程序中我在封锁的完全的对象资源。但是如果我们只对它所属领域中的一个感兴趣，那我们应当封锁住那个特殊的领域而并非完全的对象。

  避免无限期的等待：如果两个线程正在等待对象结束，无限期的使用线程加入，如果你的线程必须要等待另一个线程的结束，若是等待进程的结束加入最好准备最长时间。

并发编程艺术：
（1）避免一个线程同时获取多个锁；
（2）避免一个线程在锁内同时占用多个资源，尽量保证每个锁占用一个资源；
（3）尝试使用定时锁，使用lock.tryLock（timeout）来替代使用内部锁机制；
（4）对于数据库锁，加锁和解锁必须在一个数据库连接里，否则会出现解锁失败的情况。

更多的相关死锁的资可以点击查看 ： 死锁 – ImportNew

二、上下文切换

第一步：使用jps查询当前用户的线程

jps  #命令

第二步：使用jstack命令dump线程信息

通过使用jstack查看当前pid的进程中的线程都在做什么。

#jstack 端口 > 重定向输出到dump目录下
jstack 5899 > dump/dump5899

第三步：统计所有线程处于什么状态

通过命令统计当前pid进程中线程的状态。

grep java.lang.Thread.State dump/dump5899 | awk '{print $2$3$4$5}' | sort | uniq -c

#---------------
   6 RUNNABLE
   1 TIMED_WAITING(onobjectmonitor)
   2 TIMED_WAITING(sleeping)
   2 WAITING(onobjectmonitor)
   1 WAITING(parking)

备注：
RUNNABLE：线程start()后，得到cup的时间片，执行状态；
TIMED_WAITING: sleep()方法执行后的状态；
BLOCKED ： 出现在一个线程等待锁的时候；
WAITING： 线程执行了Object.wati方法后的状态；

第四步：打开dump文件查看对应状态的线程在做什么

打开dump文件，如果大量的线程处于BLOCKED 状态，查看处于BLOCKED 状态的线程在做什么，是什么原因导致线程大量处于BLOCKED 状态。
查看 WAITING 状态，为什么线程处于WAITING状态，是不是线程池中的启动线程太多，很多没有被用到。合理的设置线程池等。

第五步：找到原因，调整重试

发现有问题的线程状态，进行调整，然后重启相关服务，验证调整的结果。

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祝你今天开心愉快！

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