面试题：Java并发编程中如何调试死锁问题

Question

在一个复杂的Java并发项目中，怀疑存在死锁现象。请详细描述你会采取哪些步骤和工具来定位死锁问题。假设项目基于Spring Boot框架，使用了`ThreadPoolExecutor`线程池，并且有多个自定义的同步锁。你需要结合具体工具（如jstack等）说明如何一步步排查和解决死锁。

Answer 1

1. 使用jps定位进程ID：
   • 在命令行中执行jps命令，它会列出当前运行的Java进程及其对应的进程ID。例如，如果我们的Spring Boot应用程序是一个独立的Java进程，它会在列表中显示，通过进程名称找到对应的进程ID。
2. 使用jstack获取线程堆栈信息：
   • 得到进程ID后，执行jstack <进程ID>命令。这会输出该Java进程中所有线程的堆栈跟踪信息。
   • jstack输出的信息中，会包含每个线程的状态（如RUNNABLE、BLOCKED等）以及线程持有和等待的锁信息。
   • 查找状态为BLOCKED的线程，这些线程很可能正在等待某个锁，而死锁往往涉及到多个BLOCKED状态的线程相互等待。
3. 分析线程堆栈信息：
   • 在jstack输出中，重点关注java.util.concurrent.locks.ReentrantLock（如果使用了这种锁）以及其他自定义同步锁相关的信息。
   • 例如，对于ReentrantLock，会显示锁的持有者和等待者。如果发现多个线程相互等待对方持有的锁，就可能存在死锁。
   • 同时，查看线程执行的代码位置，通常会显示线程正在执行的方法和类名，通过这些信息可以追溯到代码中具体的同步块。
4. 使用VisualVM（可选但推荐）：
   • 启动VisualVM，它是JDK自带的可视化工具。
   • 在VisualVM中，找到我们的Spring Boot应用程序进程。
   • 进入“线程”标签页，这里可以直观地看到线程的状态和活动情况。
   • 点击“线程dump”按钮，可以获取类似jstack输出的线程堆栈信息，并且以更友好的可视化方式展示，方便分析。
5. 代码审查：
   • 根据工具分析出的可能存在死锁的代码位置，对相关代码进行审查。
   • 检查同步块的嵌套情况，是否存在不合理的锁嵌套顺序。例如，如果线程A先获取锁L1再获取锁L2，而线程B先获取锁L2再获取锁L1，就容易导致死锁。
   • 检查锁的获取和释放逻辑，确保所有获取的锁都能正确释放，避免因锁未释放导致其他线程等待。
6. 解决死锁问题：
   • 调整锁的顺序：统一所有线程获取锁的顺序，避免交叉获取锁。例如，所有线程都先获取锁L1，再获取锁L2。
   • 使用定时锁：在获取锁时使用tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法，设置一个超时时间。如果在规定时间内无法获取锁，线程可以放弃并执行其他操作，避免无限等待。
   • 减少锁的粒度：尽量缩小同步块的范围，只在必要的代码段加锁，减少线程竞争锁的时间和机会。

在整个排查和解决过程中，每次修改代码后，需要进行充分的测试，确保死锁问题得到解决且没有引入新的问题。