【操作系统】如何排查死锁？

死锁的概念

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），都在等待对方释放资源，但没有一方提起释放资源，从而造成了一种阻塞的现象就称为死锁。

比如线程 1 拥有了锁 A 的情况下试图获取锁 B，而线程 2 又在拥有了锁 B 的情况下试图获取锁 A，这样双方就进入相互阻塞等待的情况，如下图所示：

死锁的代码实现如下：

/**
 * @description: 死锁
 * @author: blblccc
 * @date: 2023/3/6 13:41
 */
public class DeadLockTest {
    public static Object A = new Object();
    public static Object B = new Object();

    public static void main(String[] args) {

        new Thread(() -> {
            synchronized (A) {
                try {
                    System.out.println("线程1 抢占A");
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                synchronized (B) {
                    System.out.println("线程1 抢占B");
                }
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (B) {
                try {
                    System.out.println("线程2 抢占B");
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                synchronized (A) {
                    System.out.println("线程2 抢占A");

                }
            }
        }).start();
    }
}

以上程序的执行结果如下图所示：

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。 哪死锁应该如何排查呢？

死锁的排查工具

排查工具 1：jstack

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：

“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 平台上简单查看当前 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：

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。

排查工具 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：

然后选择要调试的程序，如下图所示：

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：

之后切换到“线程”模块，点击“检测死锁”按钮，如下图所示：

之后稍等片刻就会检测出死锁的相关信息，如下图所示：

死锁的发生条件

互斥条件

互斥条件是指多个线程不能同时使用同一个资源。

比如下图，如果线程 A 已经持有的资源，不能再同时被线程 B 持有，如果线程 B 请求获取线程 A 已经占用的资源，那线程 B 只能等待，直到线程 A 释放了资源。

持有并等待条件

持有并等待条件是指，当线程 A 已经持有了资源 1，又想申请资源 2，而资源 2 已经被线程 C 持有了，所以线程 A 就会处于等待状态，但是线程 A 在等待资源 2 的同时并不会释放自己已经持有的资源 1。

不可剥夺条件

不可剥夺条件是指，当线程已经持有了资源 ，在自己使用完之前不能被其他线程获取，线程 B 如果也想使用此资源，则只能在线程 A 使用完并释放后才能获取。

环路等待条件

环路等待条件指的是，在死锁发生的时候，两个线程获取资源的顺序构成了环形链。

比如，线程 A 已经持有资源 2，而想请求资源 1， 线程 B 已经获取了资源 1，而想请求资源 2，这就形成资源请求等待的环形图。

避免死锁问题的发生

前面我们提到，产生死锁的四个必要条件是：互斥条件、持有并等待条件、不可剥夺条件、环路等待条件。

那么避免死锁问题就只需要破环其中一个条件就可以，最常见的并且可行的就是使用资源有序分配法，来破环环路等待条件。

那什么是资源有序分配法呢？

线程 A 和 线程 B 获取资源的顺序要一样，当线程 A 是先尝试获取资源 A，然后尝试获取资源 B 的时候，线程 B 同样也是先尝试获取资源 A，然后尝试获取资源 B。也就是说，线程 A 和 线程 B 总是以相同的顺序申请自己想要的资源。

我们使用资源有序分配法的方式来修改前面发生死锁的代码，我们可以不改动线程 A 的代码。

我们先要清楚线程 A 获取资源的顺序，它是先获取互斥锁 A，然后获取互斥锁 B。

所以我们只需将线程 B 改成以相同顺序的获取资源，就可以打破死锁了。

总结

简单来说，死锁问题的产生是由两个或者以上线程并行执行的时候，争夺资源而互相等待造成的。

死锁只有同时满足互斥、持有并等待、不可剥夺、环路等待这四个条件的时候才会发生。

所以要避免死锁问题，就是要破坏其中一个条件即可，最常用的方法就是使用资源有序分配法来破坏环路等待条件。