多线程Synchronized使用注意事项，死锁原因及如何诊断

最新推荐文章于 2022-06-09 11:17:26 发布

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#多线程 #java

本文深入探讨Java并发编程中常见的陷阱，包括空对象锁、synchronized作用域过大、不同monitor锁同一方法、多锁交叉死锁等问题，通过实例解析如何避免这些陷阱。

使用synchronized需要注意的问题

1.与monitor关联的对象不能为空

private fianl Object mutex = null;
public void syncMethod(){
	synchronized(mutex){
		//
	}
}

2.synchronized作用域太大
由于synchronized关键字在排他性，也就是说所有的线程必须串行地经过synchronized保护的共享区域，如果synchronized作用域越大，则代表着其效率低，甚至还会丧失并发的优势。
3.不同的monitor企图锁相同的方法

public static class Task implements Runnable{
	private final Object MUTEX = new Object();
	@Override
	public void run(){
		//....
		synchronized(MUTEX){
			//..
		}
		//..
	}
	public static void main(String[] args){
		for(int i = 0;i < 5; i++){
			new Thread(Task :: new).start();
		}
	}
}

上面的代码构造了五个线程，同时也构造了五个Runnable实例，Runnable作为线程逻辑执行单元传递给Thread,然后你将会发现，synchronized根本互斥不了与之对应的作用域，线程之间进行monitor lock 的争抢只能发生在与monitor关联的同一个引用上，上面的代码每一个线程争抢的monitor关联引用都是彼此独立的，因此不可能起到互斥的作用。
4.多个锁的交叉导致死锁
多个锁的交叉容易引起线程出现死锁的情况，程序并没有任何错误输出，但就是不工作，如下面的代码所示，

private final Object MUTEX_READ = new Object();
private final Object MUTEX_WRITE = new Object();
public void read(){
	synchronized(MUTEX_READ)｛
		synchronized(MUTEX_WRITE){
			//......
		}
	｝
}
public void write(){
	synchronized(MUTEX_WRITE)｛
		synchronized(MUTEX_READ){
			//......
		}
	｝
}

程序死锁

1.交叉锁可导致程序出现死锁
线程A持有R1的锁等待获取R2的锁，线程B持有R2的锁等待获取R1的锁（典型的哲学家吃面），这种情况最容易导致程序死锁。
2.内存不足
当并发请求系统可用内存时，如果此时系统内存不足，则可能会出现死锁的情况，举个例子，两个线程T1和T2,执行某个任务，其中T1已经获取了10MB内存，T2获取了20MB内存，如果每个线程的执行单元都需要30MB的内存，但是剩余可用的内存刚好为20M,那么两个线程有可能都在等待彼此能够释放内存资源。
3.一问一答式的数据交换
服务端开启某个端口，等待客户端访问，客户端发送请求立即等待接收，由于某种原因服务端错过了客户端的请求，仍然在等待一问一答式的数据交换，此时服务端和客户端都在等待着双方发送数据
4.数据库锁
无论是数据库级别的锁，还是行级别的锁，比如某个线程执行for update 语句退出了事物，其它线程访问该数据库时都将陷入死锁。
5.文件锁
某个线程获得了文件锁意外退出，其他读取该文件的线程也将会进入死锁直到系统释放文件句柄资源。
6.死循环引起的死锁
程序由于代码原因或者对某些异常处理不得当，进入死循环，虽然查看线程堆信息不会发现任何死锁的迹象，但是程序不工作，CPU占有率又居高不下，这种死锁一般称为系统假死，是一种最为致命也是最难排查的死锁现象，由于重现困难，进程对系统资源的使用量又达到了极限，想要做出dump有时候也是非常困难的。

程序死锁举例

程序由于交叉锁引起的死锁情况，代码如下：

public class DeadLock {
    private final Object MUTEX_READ = new Object();
    private final Object MUTEX_WRITE = new Object();
    public void read(){
        synchronized (MUTEX_READ){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get MUTEX_READ");
            synchronized (MUTEX_WRITE){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get MUTEX_WRITE");
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release MUTEX_WRITE");
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release MUTEX_READ");
    }
    public void write(){
        synchronized (MUTEX_WRITE){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get MUTEX_WRITE");
            synchronized (MUTEX_READ){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get MUTEX_READ");
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release MUTEX_READ");
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " release MUTEX_WRITE");
    }

    public static void main(String[] args) {
        final DeadLock deadLock = new DeadLock();
        new Thread(() ->{
            while (true){
                deadLock.read();
            }
        },"READ-THREAD").start();

        new Thread(() ->{
            while (true){
                deadLock.write();
            }
        },"WRITE-THREAD").start();
    }

死锁诊断

1. 交叉锁引起的死锁
运行DeadLod代码，程序将陷入死锁，打开jstack工具或者jconsole工具，jstack -l PID会直接发现死锁的信息，在cmd下输入jsp，可以查看到DeadLock的进程id,使用jstack pid可以看到进程的状态，如图：在这里插入图片描述
一般交叉锁引起的死锁线程都会进入BLOCKED状态，CPU资源占用不高，很容易借助辅助工具来发现。
(2)死循环引起的死锁（假死）
运行如下程序（谨慎运行，可能会导致你的电脑死机，运行前将文件做好备份）：

public class HashMapDeadLock {
    private final HashMap<String,String> map = new HashMap<>();
    public void add(String key,String value){
        this.map.put(key,value);
    }

    public static void main(String[] args) {
        final HashMapDeadLock hmd1 = new HashMapDeadLock();
        for(int x = 0;x < 2;x++){
            new Thread(() -> {
                for(int i = 1;i < Integer.MAX_VALUE;i++){
                    hmd1.add(String.valueOf(i),String.valueOf(i));
                }
            }).start();
        }
    }
}

运行HashMapDeadLock 程序，也可以使用jstack,jconsole,jvisualvm工具或者jProfiler（收费）工具进行诊断，但是不会给出很明显的提示，因为工作的线程并未BLOCKED，而是始终处于RUNNABLE状态，CPU使用率高居不下，甚至都不能正常运行你的命令。
严格意义上来说循环会导致程序假死，算不上真正的死锁，但是某个线程对CPU消耗过多，导致其他线程等待CPU，内存等资源也会陷入死锁等待。