Java 예제의 교착 상태

Java의 교착 상태는 둘 이상의 스레드가 영원히 차단되는 프로그래밍 상황입니다. Java 교착 상태 상황은 최소 2개의 스레드와 2개 이상의 리소스에서 발생합니다. 여기서는 Java 교착 상태 시나리오를 유발하는 간단한 프로그램을 작성한 다음 이를 분석하는 방법을 살펴보겠습니다.

자바의 교착 상태

package com.journaldev.threads;

public class ThreadDeadlock {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object obj1 = new Object();
        Object obj2 = new Object();
        Object obj3 = new Object();
    
        Thread t1 = new Thread(new SyncThread(obj1, obj2), "t1");
        Thread t2 = new Thread(new SyncThread(obj2, obj3), "t2");
        Thread t3 = new Thread(new SyncThread(obj3, obj1), "t3");
        
        t1.start();
        Thread.sleep(5000);
        t2.start();
        Thread.sleep(5000);
        t3.start();
        
    }

}

class SyncThread implements Runnable{
    private Object obj1;
    private Object obj2;

    public SyncThread(Object o1, Object o2){
        this.obj1=o1;
        this.obj2=o2;
    }
    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(name + " acquiring lock on "+obj1);
        synchronized (obj1) {
         System.out.println(name + " acquired lock on "+obj1);
         work();
         System.out.println(name + " acquiring lock on "+obj2);
         synchronized (obj2) {
            System.out.println(name + " acquired lock on "+obj2);
            work();
        }
         System.out.println(name + " released lock on "+obj2);
        }
        System.out.println(name + " released lock on "+obj1);
        System.out.println(name + " finished execution.");
    }
    private void work() {
        try {
            Thread.sleep(30000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

위의 프로그램에서 SyncThread는 Runnable 인터페이스를 구현하고 있으며 동기화된 블록을 사용하여 하나씩 잠금을 획득하여 두 객체에서 작동합니다. 기본 메서드에는 SyncThread에 대해 실행 중인 세 개의 스레드가 있고 각 스레드 간에 공유 리소스가 있습니다. 스레드는 첫 번째 객체에 대한 잠금을 획득할 수 있는 방식으로 실행되지만 두 번째 객체에 대한 잠금을 획득하려고 하면 이미 다른 스레드에 의해 잠겨 있기 때문에 대기 상태가 됩니다. 이는 교착 상태를 유발하는 스레드 간에 리소스에 대한 순환 종속성을 형성합니다. 위의 프로그램을 실행하면 출력이 생성되지만 Java 스레드의 교착 상태로 인해 프로그램이 종료되지 않습니다.

t1 acquiring lock on java.lang.Object@6d9dd520
t1 acquired lock on java.lang.Object@6d9dd520
t2 acquiring lock on java.lang.Object@22aed3a5
t2 acquired lock on java.lang.Object@22aed3a5
t3 acquiring lock on java.lang.Object@218c2661
t3 acquired lock on java.lang.Object@218c2661
t1 acquiring lock on java.lang.Object@22aed3a5
t2 acquiring lock on java.lang.Object@218c2661
t3 acquiring lock on java.lang.Object@6d9dd520

여기에서는 출력에서 교착 상태를 명확하게 식별할 수 있지만 실제 응용 프로그램에서는 교착 상태를 찾아 디버깅하기가 매우 어렵습니다.

Java에서 교착 상태를 감지하는 방법

Java에서 교착 상태를 감지하려면 응용 프로그램의 Java 스레드 덤프를 살펴봐야 합니다. 지난 게시물에서 VisualVM 프로파일러 또는 jstack 유틸리티를 사용하여 스레드 덤프를 생성하는 방법을 설명했습니다. 다음은 위 프로그램의 스레드 덤프입니다.

2012-12-27 19:08:34
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (23.5-b02 mixed mode):

"Attach Listener" daemon prio=5 tid=0x00007fb0a2814000 nid=0x4007 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"DestroyJavaVM" prio=5 tid=0x00007fb0a2801000 nid=0x1703 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"t3" prio=5 tid=0x00007fb0a204b000 nid=0x4d07 waiting for monitor entry [0x000000015d971000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
	at com.journaldev.threads.SyncThread.run(ThreadDeadlock.java:41)
	- waiting to lock <0x000000013df2f658> (a java.lang.Object)
	- locked <0x000000013df2f678> (a java.lang.Object)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)

"t2" prio=5 tid=0x00007fb0a1073000 nid=0x4207 waiting for monitor entry [0x000000015d209000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
	at com.journaldev.threads.SyncThread.run(ThreadDeadlock.java:41)
	- waiting to lock <0x000000013df2f678> (a java.lang.Object)
	- locked <0x000000013df2f668> (a java.lang.Object)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)

"t1" prio=5 tid=0x00007fb0a1072000 nid=0x5503 waiting for monitor entry [0x000000015d86e000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
	at com.journaldev.threads.SyncThread.run(ThreadDeadlock.java:41)
	- waiting to lock <0x000000013df2f668> (a java.lang.Object)
	- locked <0x000000013df2f658> (a java.lang.Object)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)

"Service Thread" daemon prio=5 tid=0x00007fb0a1038000 nid=0x5303 runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread1" daemon prio=5 tid=0x00007fb0a1037000 nid=0x5203 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"C2 CompilerThread0" daemon prio=5 tid=0x00007fb0a1016000 nid=0x5103 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Signal Dispatcher" daemon prio=5 tid=0x00007fb0a4003000 nid=0x5003 runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

"Finalizer" daemon prio=5 tid=0x00007fb0a4800000 nid=0x3f03 in Object.wait() [0x000000015d0c0000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
	at java.lang.Object.wait(Native Method)
	- waiting on <0x000000013de75798> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
	at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:135)
	- locked <0x000000013de75798> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
	at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:151)
	at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:177)

"Reference Handler" daemon prio=5 tid=0x00007fb0a4002000 nid=0x3e03 in Object.wait() [0x000000015cfbd000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
	at java.lang.Object.wait(Native Method)
	- waiting on <0x000000013de75320> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
	at java.lang.Object.wait(Object.java:503)
	at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:133)
	- locked <0x000000013de75320> (a java.lang.ref.Reference$Lock)

"VM Thread" prio=5 tid=0x00007fb0a2049800 nid=0x3d03 runnable 

"GC task thread#0 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007fb0a300d800 nid=0x3503 runnable 

"GC task thread#1 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007fb0a2001800 nid=0x3603 runnable 

"GC task thread#2 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007fb0a2003800 nid=0x3703 runnable 

"GC task thread#3 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007fb0a2004000 nid=0x3803 runnable 

"GC task thread#4 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007fb0a2005000 nid=0x3903 runnable 

"GC task thread#5 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007fb0a2005800 nid=0x3a03 runnable 

"GC task thread#6 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007fb0a2006000 nid=0x3b03 runnable 

"GC task thread#7 (ParallelGC)" prio=5 tid=0x00007fb0a2006800 nid=0x3c03 runnable 

"VM Periodic Task Thread" prio=5 tid=0x00007fb0a1015000 nid=0x5403 waiting on condition 

JNI global references: 114


Found one Java-level deadlock:
=============================
"t3":
  waiting to lock monitor 0x00007fb0a1074b08 (object 0x000000013df2f658, a java.lang.Object),
  which is held by "t1"
"t1":
  waiting to lock monitor 0x00007fb0a1010f08 (object 0x000000013df2f668, a java.lang.Object),
  which is held by "t2"
"t2":
  waiting to lock monitor 0x00007fb0a1012360 (object 0x000000013df2f678, a java.lang.Object),
  which is held by "t3"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"t3":
	at com.journaldev.threads.SyncThread.run(ThreadDeadlock.java:41)
	- waiting to lock <0x000000013df2f658> (a java.lang.Object)
	- locked <0x000000013df2f678> (a java.lang.Object)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)
"t1":
	at com.journaldev.threads.SyncThread.run(ThreadDeadlock.java:41)
	- waiting to lock <0x000000013df2f668> (a java.lang.Object)
	- locked <0x000000013df2f658> (a java.lang.Object)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)
"t2":
	at com.journaldev.threads.SyncThread.run(ThreadDeadlock.java:41)
	- waiting to lock <0x000000013df2f678> (a java.lang.Object)
	- locked <0x000000013df2f668> (a java.lang.Object)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:722)

Found 1 deadlock.

스레드 덤프 출력은 교착 상태 상황과 교착 상태를 유발하는 스레드 및 리소스를 명확하게 보여줍니다. 교착 상태를 분석하려면 상태가 BLOCKED인 스레드와 잠금 대기 중인 리소스를 찾아야 합니다. 모든 리소스에는 객체에 대한 잠금을 이미 보유하고 있는 스레드를 찾을 수 있는 고유한 ID가 있습니다. 예를 들어 스레드 "t3\은 0x000000013df2f658을 잠그려고 대기 중이지만 이미 스레드 "t1\에 의해 잠겨 있습니다. 교착 상태를 분석하고 교착 상태를 유발하는 스레드를 찾았다면 교착 상태를 피하기 위해 코드를 변경해야 합니다.

자바에서 교착 상태를 피하는 방법

다음은 대부분의 교착 상태 상황을 피할 수 있는 몇 가지 지침입니다.

Avoid Nested Locks: This is the most common reason for deadlocks, avoid locking another resource if you already hold one. It’s almost impossible to get deadlock situation if you are working with only one object lock. For example, here is the another implementation of run() method without nested lock and program runs successfully without deadlock situation.

    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(name + " acquiring lock on " + obj1);
        synchronized (obj1) {
            System.out.println(name + " acquired lock on " + obj1);
            work();
        }
        System.out.println(name + " released lock on " + obj1);
        System.out.println(name + " acquiring lock on " + obj2);
        synchronized (obj2) {
            System.out.println(name + " acquired lock on " + obj2);
            work();
        }
        System.out.println(name + " released lock on " + obj2);

        System.out.println(name + " finished execution.");
    }

Lock Only What is Required: You should acquire lock only on the resources you have to work on, for example in above program I am locking the complete Object resource but if we are only interested in one of it’s fields, then we should lock only that specific field not complete object.
Avoid waiting indefinitely: You can get deadlock if two threads are waiting for each other to finish indefinitely using thread join. If your thread has to wait for another thread to finish, it’s always best to use join with maximum time you want to wait for thread to finish.

이것이 자바 스레드의 교착 상태에 대한 전부입니다.