Android 线程死锁场景与优化解决
作者：时光少年
前言
线程死锁是老生常谈的问题，线程池死锁本质上属于线程死锁的一部分，线程池造成的死锁问题往往和业务场景相关，当然更重要的是对线程池的理解不足，本文根据场景来说明一下常见的线程池死锁问题，当然也会包含线程死锁问题。
线程死锁场景
死锁的场景很多，有线程池相关，也有与线程相关，线程相关的线程池上往往也会出现，反之却不一定，本文会总结一些常见的场景，当然有些场景后续可能还需要补充。
经典互斥关系死锁
这种死锁是最常见的经典死锁，假定存在 A、B 2 个任务，A 需要 B 的资源，B 需要 A 的资源，双方都无法得到时便出现了死锁，这种情况是锁直接互相等待引发，一般的情况下通过dumpheap 的lock hashcode就能发现，相对来说容易定位的多。
//首先我们先定义两个final的对象锁.可以看做是共有的资源.
final Object lockA = new Object();
final Object lockB = new Object();
//生产者A
class ProductThreadA implements Runnable{
@Override
public void run() {
//这里一定要让线程睡一会儿来模拟处理数据 ,要不然的话死锁的现象不会那么的明显.这里就是同步语句块里面,首先获得对象锁lockA,然后执行一些代码,随后我们需要对象锁lockB去执行另外一些代码.
synchronized (lockA){
//这里一个log日志
Log.e("CHAO","ThreadA lock lockA");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (lockB){
//这里一个log日志
Log.e("CHAO","ThreadA lock lockB");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
//生产者B
class ProductThreadB implements Runnable{
//我们生产的顺序真好好生产者A相反,我们首先需要对象锁lockB,然后需要对象锁lockA.
@Override
public void run() {
synchronized (lockB){
//这里一个log日志
Log.e("CHAO","ThreadB lock lockB");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (lockA){
//这里一个log日志
Log.e("CHAO","ThreadB lock lockA");
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
//这里运行线程
ProductThreadA productThreadA = new ProductThreadA();
ProductThreadB productThreadB = new ProductThreadB();
Thread threadA = new Thread(productThreadA);
Thread threadB = new Thread(productThreadB);
threadA.start();
threadB.start();这类问题需要进行排查和不断的优化，重点是优化逻辑尽量减少锁的使用，同时优化调度机制。
Submit递归等待调用死锁
原理是在固定的线程池数量中，不断的 submit 任务，并且从工作线程通过get等待任务完成，
但是线程池数量是固定的，从头到尾所有的线程没执行完成，某次 submit 时就没有足够的线程来处理任务，所有任务都处于等待。
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor(); //使用一个线程数模拟
pool.submit(() -> {
try {
log.info("First");
//上一个线程没有执行完，线程池没有线程来提交本次任务，会处于等待状态
pool.submit(() -> log.info("Second")).get();
log.info("Third");
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
log.error("Error", e);
}
});对于这种特殊逻辑，一定要思考清楚get方法调用的意义，如果仅仅为了串行执行，使用一般队列即可，当然你也可以join其他线程。
公用线程池线程 size 不足造成的死锁
该类死锁一般是把一个Size有限的线程池用于多个任务。
假定 A，B 两个业务各需要2个线程处理生产者和消费者业务，且每个业务都有自己的lock，但是业务之间的lock没有关联关系。提供一个公共线程池，线程大小为2，显然比较合理的执行任务需要4个，或者至少3个，在线程数量不足的情况下这种情况下死锁会高概率发生。
情形一：A，B 有序执行，不会造成死锁
情形二： A、B 并发执行，造成死锁
情形二出现的原因是 A，B 各分配了一个线程，当他们执行的条件都不满足的时处于要wait状态，这时线程池没有更多的线程提供，将导致 A、B 处于死锁。
因此，对于公用线程池的使用，Size不要设置过低，同时要尽可能避免加锁和太耗时的任务，如果有加锁和太耗时的需求，可以尝试使用专用线程池。
RejectedExecutionHandler 使用不当造成的 “死锁”
严格意义上不能称为死锁，但是这也是非常容易忽视的问题。原因在没检测线程池状态的情况下，通过RejectionExectutionHandler回调方法中将任务重新加回去，如此往复循环，锁住Caller线程。
一般处理任务时，触发该 RecjectedExecutionHandler 的情况分为 2 类，主要是 "线程池关闭"、“线程队列和线程数已经达到最大容量”，那么问题一般出现在前者，如果线程池 shutdown 关闭之后，我们尝试在该 Handler 中重新加入任务到线程池，那么会造成死循环问题。
锁住死循环
锁住死循环本身也是一种死锁，导致其他想获取锁资源的线程无法正常获取中断。
synchronized(lock){
while(true){
// do some slow things
}
}这种循环锁也是相当经典，如果while内部没有wait的调用或者return或者break，那么这个锁会一直存在。
文件锁 & lock互斥
严格来说这种相对复杂，有可能是文件锁与lock互斥，也有可能是多进程文件锁获取时阻塞之后无法释放，导致java lock一直无法释放，因此对于发生死锁时，dumpheap时不要忽略文件操作相关的堆栈。
可见性不足
通常情况下，这不是死锁，而是线程无限循环，以至于该线程无法被其他任务使用，我们对一些线程循环会加一个变量标记其是否结束，但是如果可见性不足，也将无法造成退出的后果。
下面我们用主线程和普通线程模拟，我们在普通线程中修改变量A，但是A变量在主线程中可见性不足，导致主线程阻塞。
public class ThreadWatcher {
public int A = 0;
public static void main(String[] args) {
final ThreadWatcher threadWatcher = new ThreadWatcher();
WorkThread t = new WorkThread(threadWatcher);
t.start();
while (true) {
if (threadWatcher.A == 1) {
System.out.println("Main Thread exit");
break;
}
}
}
}
class WorkThread extends Thread {
private ThreadWatcher threadWatcher;
public WorkThread(ThreadWatcher threadWatcher) {
super();
this.threadWatcher = threadWatcher;
}
@Override
public void run() {
super.run();
System.out.println("sleep 1000");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
this.threadWatcher.A = 1;
System.out.println("WorkThread exit");
}
}打印结果：
sleep 1000
WorkThread exit
由于A缺乏可见性，导致主线程一直循环，这里有必要加上volatile或者使用atomic类，或者使用synchronized进行同步。注意，不能用final，final只能保证指令不可乱序，但不能保证可见性。
CountDownLatch 初始值过大
这个原因属于编程问题，比如需要2次countDown完成等待，而初始值为3次以上，必然导致等待的线程卡住。
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(6);
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);
for(int i=0;i< 5;i++){
final int no = i+1;
Runnable runnable=new Runnable(){
@Override
public void run(){
try{
Thread.sleep((long)(Math.random()*10000));
System.out.println("No."+no+"准备好了。");
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}finally{
latch.countDown();
}
}
};
service.submit(runnable);
}
System.out.println("开始执行.....");
latch.await();
System.out.println("停止执行");实际上这种问题排查起来比较容易，对于计数式waiter，一定确保waiter能结束，即使发生异常行为。
线程死锁优化建议
死锁一般和阻塞有关，对待死锁问题，不妨换一种方式。
常见的优化方法
1、可以有序执行，当然这种也降低了并发优势
2、不要共用同一线程池，如果要共用，避免加锁，阻塞和悬挂
3、使用公共锁资源的 wait (long timeout) 机制，让线程超时
4、如果过于担心线程池不能回收，建议使用 keepaliveTime+allowCoreThreadTimeOut，回收线程但不影响线程状态，可以继续提交任务。
5、必要时扩大线程池大小
公用线程任务移除
如果公共线程池正在执行的线程阻塞了，那所有的任务需要等待，对于不重要的任务，可以选择移除。
实际上正在执行的线程任务很难去终止，公用线程池可能造成大量任务pending，但是从公用线程池中移除任务队列显然是比较危险的操作。一种可行的方法是warp task，每次添加runnable时记录这些Task，退出特定业务时清理Warpper中的target目标任务
public class RemovableTask implements Runnable {
private static final String TAG = "RemovableTask";
private Runnable target = null;
private Object lock = new Object();
public RemovableTask(Runnable task) {
this.target = task;
}
public static RemovableTask warp(Runnable r) {
return new RemovableTask(r);
}
@Override
public void run() {
Runnable task;
synchronized (this.lock) {
task = this.target;
}
if (task == null) {
MLog.d(TAG,"-cancel task-");
return;
}
task.run();
}
public void dontRunIfPending() {
synchronized (this.lock) {
this.target = null;
}
}
}下面进行任务清理
public void purgHotSongRunnable() {
for (RemovableTask r : pendingTaskLists){
r.dontRunIfPending();
}
}注意，这里仍然还可以利用享元模式优化，减少RemovableTask的创建。
使用多路复用或协程
对于锁比较厌恶的开发者可以使用多路复用或协程，这种情况下存避免不必要的等待，将wait转化为notify，减少上下文切换，可以提高线程的执行效率。
说到对协程观点，一直存在争议：
（1）协程是轻量级线程？但从cpu和系统角度，协程和多路复用都不是轻量级线程，CPU压根不认识这货，因此不可能比线程快，他只能加速线程的执行，Okhttp也不是轻量级Socket，再快也快不过Socket，他们都是并发编程框架或者风格。
（2）kotlin也不是假协程，有观点说kotlin会创建线程所以是假协程？epoll多路复用机制，难道所有任务都是epoll执行的么？简单的例子，从磁盘拷贝文件到内存，虽然CPU不参与，但DMA也是芯片，毫无疑问，也算线程。协程在用户态执行耗时任务，如果不启用线程，难不成要插入无数entry point 让单个线程执行一个任务？显然，对于协程的认知，有人夸有人贬，主要原因还是是对于“框架”和执行单元存在认知问题。
降低锁粒度
JIT对锁的优化分为锁消除和锁重入，但是很难对锁粒度进行优化，因此，不要添加过大的代码段显然是必要的，因此有些耗时逻辑本身不涉及变量的修改，大可不必加锁，只对修改变量的部分加锁即可。
总结
本文主要是对死锁的问题的优化建议，至于性能问题，其实我们遵循一个原则：在保证流畅度的情况下线程越少越好。对于必要存在的线程，可以使用队列缓冲、逃逸分析、对象标量化、锁消除、锁粗化、降低锁范围、多路复用、消除同步屏障、协程的角度去优化。
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