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什么是并发编程中的活性失败(Liveness Failure)_死锁、活锁、饥饿总览

P粉602998670

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发布时间:2026-02-23 15:06:10

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死锁是线程互相等待对方释放锁导致的假死现象,表现为cpu低但任务停滞;活锁是线程持续让步无法进展,cpu高且日志反复重试;饥饿是线程长期得不到调度,处于runnable却无实际执行。

什么是并发编程中的活性失败(liveness failure)_死锁、活锁、饥饿总览

死锁:线程互相等待对方释放锁,谁也不动

死锁是最典型的活性失败——所有相关线程卡在 wait()join() 或同步块里,彼此持有对方需要的资源,又不释放。现象是程序“假死”,CPU 占用低,但任务永远不推进。

常见场景:synchronized 嵌套调用顺序不一致、数据库事务中多表更新顺序错乱、线程池中 submit() 后又调用 get() 等待自身队列中的任务。

  • 避免嵌套锁:用 ReentrantLock.tryLock(long, TimeUnit) 设超时,失败就回退
  • 锁顺序全局约定:比如按 Math.min(objA.hashCode(), objB.hashCode()) 决定加锁先后
  • JDK 自带检测:启动时加 -Dcom.sun.management.jmxremote,用 jstackjava.lang.Thread.State: BLOCKED 循环链

活锁:线程没阻塞,却因反复让步而无法前进

活锁不是挂起,而是线程持续响应干扰、主动放弃重试,结果像“两个迎面走路的人不断侧身避让却始终撞上”。现象是 CPU 占用高,日志里反复出现重试/回滚/补偿动作,但业务状态毫无进展。

典型例子:消息队列消费者处理失败后立即重发,触发下游同样逻辑,形成震荡;或 AtomicInteger.compareAndSet() 在高竞争下反复失败重试,但其他线程总“恰好”改写值。

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  • 引入随机退避:重试前 Thread.sleep((long)(Math.random() * 100)),打破同步节奏
  • 限制重试次数:超过 MAX_RETRY = 3 就走异步补偿或丢入死信队列
  • 避免无条件让步:比如 LockSupport.park() 前必须检查明确条件,而非“只要别人在动就躲”

饥饿:线程有资格运行,但永远轮不到它

饥饿不是 bug,而是调度不公平导致的活性失败。线程一直处在 Runnable 状态,但操作系统或 JVM 线程调度器长期不给它 CPU 时间片。现象是某类任务(如低优先级日志线程、IO 密集型回调)延迟飙升,监控显示线程数稳定但吞吐掉底。

常见诱因:Thread.setPriority() 滥用(尤其在 Linux 上几乎无效)、ExecutorService 使用无界队列 + 固定线程数,导致新提交的短任务被积压在长任务之后;或公平锁未开启(new ReentrantLock(true))。

  • 别信 setPriority():JVM 不保证映射到 OS 优先级,Linux 默认所有 Java 线程同级,靠 CFS 调度
  • 用有界队列 + 拒绝策略:比如 new ThreadPoolExecutor(4, 4, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue(100), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy())
  • 公平锁仅在低并发且需强顺序时启用:它带来显著性能开销(每次进队都要 CAS 更新 tail),高并发下反而加剧争抢

怎么确认是哪种活性失败?看线程栈和指标组合

单靠现象容易误判:CPU 高可能是活锁也可能是密集计算;线程数暴涨可能是饥饿也可能是泄漏。关键要交叉验证。

  • 抓全量线程栈:jstack -l <pid> > threaddump.txt</pid>,搜索 java.lang.Thread.State: 后的关键词(BLOCKED→死锁倾向,WAITING/TIMED_WAITING→看堆栈是否循环调用,Runnable但无实际进展→饥饿嫌疑)
  • 配合同步指标:Prometheus 拉取 jvm_thread_deadlocked_threads(JMX 暴露)、executor_pool_active_threads 长期满+队列堆积→饥饿
  • 最易忽略的一点:JVM 参数影响判断。比如默认 -XX:+UseParallelGC 下 GC 停顿可能伪装成线程阻塞,先关掉 GC 日志干扰再分析

活锁和饥饿没有栈上明显标记,得靠行为模式和外部指标反推——这点比死锁难抓得多。

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