Санкт-Петербургская группа тестирования JVM

Deadlocks

Что такое deadlock? Это ситуация, когда две конкурирующих программы или нити в программе пытаются использовать общие ресурсы таким образом, что ни одна из них не может продолжить выполнение.

Простейший случай deadlock — это когда нить-1 получает эксклюзивный доступ к ресурсу-1, затем пытается получить доступ к ресурсу-2, который в это время уже эксклюзивно захвачен нитью-2, который в свою очередь пытается получить доступ к ресурсу-1.

Кстати, как можно перевести этот термин на русский язык? Можно найти такие переводы:

• взаимоблокировка

• тупик

• взаимная блокировка

• перекрестная блокировка

• мертвая точка

• смертельный захват

• мертвая блокировка

• мертвый замок

Ни один из них не кажется особенно удачным, кроме может быть первого, который, по нашему мнению не очень удобно использовать из-за его длины.

Deadlock-и могут возникать и в приложениях, и в ядре операционной системы, и в базах данных. При их возникновении нормальная работа приложения становится невозможна, поэтому необходимо заранее избегать ситуации взаимоблокировки или отлеживать возникшие deadlock-и и применять специальные меры. Например, СУБД могут откатывать одну или несколько транзакций, чтобы дать ход остальным. Но как сделать так, чтобы deadlock-и не возникали в программе? Самый простой способ — выбрать порядок захвата общих ресурсов и придерживаться его во всех возможных участках в программе. Тем не менее, в сложных приложениях это не всегда легко, и важной задачей становится обнаружение ситуаций deadlock-а.

В приложениях на Java взаимоблокировка может возникнуть, когда две нити пытаются захватить мониторы двух объектов в разном порядке. Например, когда одна нить исполняет следующий код:

1:    synchronized (lock1) {
2:        synchronized (lock2) {
3:            // ...
4:        }
5:    }

а другая:

1:    synchronized (lock2) {
2:        synchronized (lock1) {
3:            // ...
4:        }
5:    }

Это — потенциальный deadlock. Не факт, что он обязательно возникнет — для этого исполнение этого кода должно произойти таким образом, чтобы нити уже захватив lock1 и lock2 в строке 1, пытались одновременно захватить вторую блокировку (lock2 и lock1, строка 2).

Как обнаружить deadlock в Java программе? К счастью, для этого в JVM есть встроенные средства. Их несколько:

• Java Dump, который происходит при нажатии Ctrl-\ на Unix или Ctrl-Break на Windows

• JStack

• ThreadMXBean.findMonitorDeadlockedThreads()

• JConsole

Вот пример программы, которая искуственно создает deadlock и обнаруживает его с помощью ThreadMXBean.findMonitorDeadlockedThreads().

import java.lang.management.*;

public class Deadlock {
	volatile static boolean[] locked = {false, false};
	final static String[] resources = {"resource1", "resource2"};

	static class DeadlockMakerThread extends Thread {
		int[] order;
		DeadlockMakerThread(String name, int[] order) { super(name); this.order = order; }

		public void run()
		{
			// do lock first resource
			synchronized( resources[order[0]] )
			{
				System.out.println(getName() + ": locked resource: " + resources[order[0]]);
				locked[order[0]] = true;

				// wait till second resource will be locked by another thread
				while (!locked[order[1]])
				{
					try { Thread.sleep(500); }
					catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
				}

				// try to lock second resource (at this time it is already locked by another thread)
				synchronized( resources[order[1]] ) {
					System.out.println(getName() + ": locked resource: " + resources[order[1]]);
				}
			}
		}
	}

	public static void showDeadlock() {
		ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
		long[] ids = threadMXBean.findMonitorDeadlockedThreads();
		if (ids != null) {
			System.out.print("Deadlocked thread ids: ");
			for (long id : ids)
				System.out.print(id + " ");
		}
		System.out.println();
	}


	public static void main(String[] args) {
		int[] order1 = {0, 1};
		int[] order2 = {1, 0};

		new DeadlockMakerThread("Thread1", order1).start();
		new DeadlockMakerThread("Thread2", order2).start();
		try {
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
		}
		showDeadlock();
	}
}

Этот же deadlock обнаруживается при нажатии Ctrl-\ или при использовании JStack.

$ java Deadlock &
Thread1: locked resource: resource1
Thread2: locked resource: resource2
Deadlocked thread ids: 8 7
$ jps
14596 Deadlock
$ jstack 14596
...
Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread2":
  waiting to lock monitor 0x080a9be8 (object 0xb1e93980, a java.lang.String),
  which is held by "Thread1"
"Thread1":
  waiting to lock monitor 0x080a9c4c (object 0xb1e939b8, a java.lang.String),
  which is held by "Thread2"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread2":
        at Deadlock$DeadlockMakerThread.run(Deadlock.java:28)
        - waiting to lock <0xb1e93980> (a java.lang.String)
        - locked <0xb1e939b8> (a java.lang.String)
"Thread1":
        at Deadlock$DeadlockMakerThread.run(Deadlock.java:28)
        - waiting to lock <0xb1e939b8> (a java.lang.String)
        - locked <0xb1e93980> (a java.lang.String)

Found 1 deadlock.
...

А вот что показывает jconsole:

JStack и JConsole более удобны тем, что их можно использовать для работы с уже запущенным приложением. Это особенно полезно при отладке проблем в критической программе (например сервере приложений). К ThreadMXBean также можно получить доступ удаленно, что на самом деле используется в JConsole.

Это не единственная ситуация, когда может возникнуть deadlock. Захват монитора может происходить и в других ситуациях, например внутри блока synchronized при выходе из Object.wait(), при использовании JNI MonitorEnter, и в других случаях. J2SE 5.0 (Tiger) обнаруживает только проблемы связанные с мониторами. А в Java SE 6.0 (Mustang) уже добавлена возможность обнаруживать deadlock-и связанные с новыми блокировками — java.util.concurrent.locks.

Ссылки по теме:

• Deadlocks in "Multithreaded programming guide"

• Deadlock in Wikipedia

Н.Х.

опубликовал vmrobot ( апр 21 2006, 02:04:33 PM MSD ) Permalink Комментарии [3]