面试题：Java同步机制下死锁的排查与解决及对异步机制的影响

Question

假设在一个复杂的Java多线程项目中出现了死锁，描述你排查死锁的完整流程和可能用到的工具。并且阐述死锁的发生对项目中的异步机制会产生哪些影响，如何在设计时尽量避免死锁对异步任务的干扰？

Answer 1

排查死锁的完整流程及工具

1. 日志分析
   • 首先查看项目中已有的日志文件，特别是包含线程信息、锁获取和释放操作的日志。许多框架（如Spring等）可以配置输出详细的线程和锁相关日志。通过日志可能直接发现锁获取失败、线程长时间等待等异常情况，初步定位可能出现死锁的代码片段。
2. 使用jstack工具
   • 在Java程序运行时，通过命令jstack <pid>（<pid>为Java进程的ID，可以通过jps命令获取）获取线程栈信息。
   • 分析输出结果，查找处于BLOCKED状态的线程，这些线程可能正在等待获取锁。注意线程等待的锁对象以及调用栈，多个BLOCKED状态线程相互等待对方持有的锁可能就是死锁点。
3. 使用VisualVM
   • 启动VisualVM（在JDK的bin目录下），连接到运行的Java进程。
   • 在“线程”标签页中，可以直观地看到各个线程的状态，包括死锁情况。VisualVM会自动检测死锁并高亮显示死锁线程，还能查看线程的详细堆栈信息，帮助确定死锁发生的具体位置。
4. 代码审查
   • 根据上述工具定位的大致代码范围，对相关代码进行审查。重点检查涉及锁的代码块，如synchronized块、ReentrantLock等使用场景。查看锁的获取顺序是否存在不一致情况，比如不同线程以不同顺序获取多个锁，这是导致死锁的常见原因。

死锁对异步机制的影响

1. 任务阻塞
   • 异步任务通常在独立线程中执行。如果死锁发生，参与死锁的线程被阻塞，可能导致异步任务无法继续执行，从而造成任务队列积压，后续的异步任务也无法及时处理。
2. 资源浪费
   • 死锁占用了系统资源（如锁资源、线程资源等），使得异步机制中的线程无法有效利用这些资源执行新的任务，降低了系统整体的资源利用率。
3. 系统响应性降低
   • 由于异步任务不能及时完成，系统对外部请求的响应速度会变慢，影响用户体验，特别是在一些对响应时间敏感的应用场景中，如实时交互的Web应用等。

设计时避免死锁对异步任务干扰的方法

1. 统一锁获取顺序
   • 在整个项目中，制定规则确保所有线程以相同的顺序获取多个锁。例如，如果需要获取锁A和锁B，所有线程都先获取锁A，再获取锁B，这样可以避免锁顺序不一致导致的死锁。
2. 使用定时锁
   • 使用ReentrantLock的tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法，设置获取锁的超时时间。如果在规定时间内无法获取锁，线程可以选择放弃获取锁，执行其他操作或者抛出异常，避免无限期等待导致死锁。
3. 减少锁的粒度
   • 尽量将大的锁操作分解为多个小的锁操作，只在必要时持有锁。这样可以减少锁的持有时间，降低死锁发生的概率。例如，在异步任务处理中，对不同的数据块使用不同的锁，而不是对整个任务数据使用一个大锁。
4. 采用线程池隔离
   • 为不同类型的异步任务使用不同的线程池。这样即使某个线程池中的线程发生死锁，也不会影响其他线程池中的异步任务正常执行，隔离死锁对系统其他部分的影响。