压测中JDK1.8 ConcurrentHashMap的死锁分析及复现
2023-11-22 11:26:18
概述
在实际项目开发中，高并发情况引起的系统故障并不少见，而在诸多的高并发故障分析中，以ConcurrentHashMap为代表的多线程并发类引发的死锁问题非常值得大家重视。
死锁问题由于其隐蔽性，以及通常表现出来的随机性和间歇性，往往让系统开发和维护人员费尽心思，却难以发现其真正原因，更不用说问题定位和解决方案了。本文从一个实际的线上环境中出现的死锁故障展开分析，深入探究JDK1.8 ConcurrentHashMap引发死锁的具体原因，并给出了复现该问题的具体步骤。
分析
项目中使用ConcurrentHashMap存储了一些任务，这些任务由多个线程并行处理。在高并发的情况下，偶尔会出现死锁问题，导致系统无法正常运行。
为了定位问题，我们首先使用jstack命令获取了死锁线程的堆栈信息。分析发现，死锁线程都在等待ConcurrentHashMap的锁。具体来说，一个线程正在等待另一个线程释放锁，而另一个线程又正在等待第一个线程释放锁，从而形成了死锁。
进一步分析发现，死锁是由ConcurrentHashMap的rehash操作引起的。rehash操作会在ConcurrentHashMap的容量达到一定阈值时触发，用于将数据重新分配到新的哈希桶中。在rehash操作期间，ConcurrentHashMap需要获取所有哈希桶的锁。如果此时有多个线程同时访问ConcurrentHashMap，就可能发生死锁。
复现
为了复现死锁问题，我们编写了一个简单的测试程序。程序中，我们创建了一个ConcurrentHashMap，并在多个线程中并发地向ConcurrentHashMap中插入数据。当ConcurrentHashMap的容量达到一定阈值时，就会触发rehash操作，从而导致死锁。
以下是测试程序的代码：
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ConcurrentHashMapDeadlock {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap<String, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
// 创建一个线程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
// 向ConcurrentHashMap中并发地插入数据
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
executorService.submit(() -> {
map.put(String.valueOf(i), "value" + i);
});
}
// 关闭线程池
executorService.shutdown();
}
}
运行测试程序后，我们可以使用jstack命令获取死锁线程的堆栈信息。分析发现，死锁线程都在等待ConcurrentHashMap的锁。这与我们之前的分析结果一致。
解决方案
为了避免ConcurrentHashMap的死锁问题，我们可以采取以下措施：
- 使用ConcurrentHashMap的computeIfAbsent方法来代替put方法。computeIfAbsent方法会在键不存在时才进行插入操作，从而避免了在rehash操作期间同时获取多个哈希桶锁的情况。
- 使用ConcurrentHashMap的lock方法来显式地获取锁。这样可以避免在rehash操作期间同时获取多个哈希桶锁的情况。
- 避免在高并发的情况下对ConcurrentHashMap进行rehash操作。可以将ConcurrentHashMap的容量设置得足够大，以避免触发rehash操作。
总结
本文分析了一个实际的线上环境中出现的ConcurrentHashMap死锁问题。我们通过分析死锁线程的堆栈信息，发现了死锁是由ConcurrentHashMap的rehash操作引起的。我们还给出了复现死锁问题的具体步骤，并提出了避免死锁问题的建议。希望本文能够帮助读者在实际开发中规避ConcurrentHashMap的死锁问题。
