Java 中同步顺序的断言

Question

在高度并发的系统中，很难确信您对锁的使用是正确的。具体来说，如果在另一个线程中以正确的顺序获取锁时未按预期的顺序获取锁，则可能会导致死锁。

有一些工具（例如 Coverity）可以对代码库进行静态分析并查找“不寻常”的锁定顺序。我想探索其他选择来满足我的需求。

是否有任何轻量级*工具用于检测 Java 代码，可以检测以非预期顺序获取锁的情况？我可以通过注释/注释明确调用锁定命令。

首选免费和/或开源解决方案。如果有非仪器方法可以解决此问题，也请发表评论。

* 就我的目的而言，轻量级意味着...

• 如果是仪器，我仍然可以以相同的大概性能运行我的程序。我认为 30-50% 的退化是可以接受的。
• 我不必花半天时间与该工具交互只是为了得到一个“好的”结果。理想情况下，我应该只在出现问题时才注意到我正在使用它。
• 如果是仪器，那么在生产环境中应该很容易禁用它。
• 它不应该在每个 synchronize 语句中使我的代码变得混乱。如前所述，我可以明确地注释/注释通过相对顺序锁定的对象或对象类。

Answer 1

您可以使用 AspectJ，它相对容易学习，并且允许您设置自己的监控线程及其访问的任何锁的定制和简化方式。

Answer 2

虽然无法让您一路顺利，但一个好的开始是使用 JCIP 注释，以及 FindBugs 捕获了一些内容。

Answer 3

我没有使用过 AspectJ，所以不能保证它的易用性。我使用 ASM 创建自定义代码分析器，这大约花了 2 天的时间。仪器同步的工作应该是类似的。一旦您熟悉了方面，AspectJ 应该会更快、更容易。

我已经为基于 C++ 的服务器实现了死锁检测跟踪。我是这样做的：

• 当获取或释放锁时，我跟踪：
  • <代码><时间>;<锁定ID> <获取|释放> <代码中的位置>
• 这个额外的跟踪极大地影响了性能，并且在生产中无法使用。
• 因此，当在生产中发现可能的死锁时，我使用日志文件来找出死锁周围发生的情况。然后在打开跟踪的测试环境中重现此功能。
• 然后我在日志文件上运行一个脚本来查看是否可能发生死锁以及如何发生死锁。我使用 awk 脚本，使用以下算法：
  • 每行
    • 如果获取
      • 将 lockid 添加到该线程的当前锁列表
      • 将此列表中的每对锁添加到该线程的一组锁对中。例如，对于 Lock A 列表 ->锁B-> Lock C 生成对(Lock A, Lock B), (Lock A, Lock C), (Lock B, Lock C)
    • 如果释放
      • 从该线程的列表尾部删除当前的 lockid
  • 对于每个锁对，在所有其他线程中搜索反向锁对，每个匹配都是潜在的死锁，因此请打印受影响的锁对和线程
  • 我没有让算法变得更智能，而是检查了锁的获取情况，看看它是否是真正的死锁。

我在好几天都找不到死锁的原因后才这样做，又花了几天的时间来实施，又花了几个小时才找到死锁。

如果您正在考虑在 Java 中使用这种方法，需要考虑的是：

• 您是否只使用 synchronized 来保护您的关键部分？您使用的是 java.lang.concurrent 中的类吗？ （这些可能需要特殊处理/检测）
• 使用方面/ASM 打印代码位置有多容易？我在c++中使用了__FILE__和__LINE__。 ASM 将为您提供类名、方法名和签名。
• 您无法检测用于保护您的跟踪/日志记录的锁。
• 如果您为每个线程使用日志文件并为文件对象使用线程本地存储，则可以简化您的检测。
• 如何唯一地标识同步对象？也许 toString() 和 System.identityHashCode() 就足够了，但可能需要更多。我在C++中使用了对象的地址。