Примеры, объяснения и способы обнаружения/устранения — кратко и по делу.
1) Гонка (race condition)
- Проблема: операция чтения/записи неатомарна — несколько потоков одновременно изменяют одно состояние.
Пример (ошибка: `volatile` не даёт атомарности):
```java
class VolatileCounter {
volatile int count = 0;
void increment() { count++; } // неатомарно
}
public class RaceExample {
public static void main(String[] args) throws Exception {
VolatileCounter c = new VolatileCounter();
Thread t1 = new Thread(() -> { for (int i=0;i<10000;i++) c.increment(); });
Thread t2 = new Thread(() -> { for (int i=0;i<10000;i++) c.increment(); });
t1.start(); t2.start();
t1.join(); t2.join();
System.out.println("count=" + c.count); // ожидали 20000, часто меньше
}
}
```
Объяснение: `volatile` гарантирует видимость, но не атомарность; `count++` = чтение + инкримент + запись — гонка.
Исправления:
- сделать метод synchronized:
```java
synchronized void increment() { count++; }
```
- или использовать атомарный класс:
```java
AtomicInteger count = new AtomicInteger();
count.incrementAndGet();
```
- или использовать блоки `synchronized` на одном объекте-локе.
2) Deadlock (взаимная блокировка)
- Проблема: поток A держит lock X и ждёт lock Y, поток B держит Y и ждёт X — ни один не продолжит.
Пример:
```java
public class DeadlockExample {
private final Object a = new Object();
private final Object b = new Object();
void t1() {
synchronized(a) {
sleep(50);
synchronized(b) { /* ... */ }
}
}
void t2() {
synchronized(b) {
sleep(50);
synchronized(a) { /* ... */ }
}
}
static void sleep(long ms) { try { Thread.sleep(ms); } catch (InterruptedException ignored) {} }
public static void main(String[] args) {
DeadlockExample ex = new DeadlockExample();
new Thread(ex::t1).start();
new Thread(ex::t2).start();
}
}
```
Результат: оба потока блокированы.
Устранение:
- обеспечить глобальный порядок захвата локов (всегда захватывать сначала `a`, потом `b`).
- избегать вложенных захватов; использовать один общий lock.
- использовать `java.util.concurrent.locks.Lock` с `tryLock(long timeout, TimeUnit)` и обрабатывать неудачу — избежать бесконечной блокировки.
- рефакторинг на безблоковые структуры: `ConcurrentHashMap`, `Atomic*`, потокобезопасные коллекции, акторная модель или очередь задач.
Пример безопасного варианта с `tryLock`:
```java
ReentrantLock la = new ReentrantLock();
ReentrantLock lb = new ReentrantLock();
if (la.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
try {
if (lb.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
try { /* критическая секция */ }
finally { lb.unlock(); }
} else { /* откат, повторить позже */ }
} finally { la.unlock(); }
}
```
3) Обнаружение проблем (инструменты и способы)
- thread dump / стековые снимки:
- `jstack ` — показать состояния потоков и места блокировок.
- `jcmd Thread.print`.
- VisualVM / JConsole / Java Mission Control — GUI для просмотра состояний потоков, блокировок и мониторинга.
- программно:
```java
ThreadMXBean tmb = ManagementFactory.getThreadMXBean();
long[] ids = tmb.findDeadlockedThreads();
if (ids != null) {
ThreadInfo[] infos = tmb.getThreadInfo(ids, true, true);
// логировать infos
}
```
- логирование с включением `-XX:+PrintAssembly` не нужно; достаточно стека потоков и их состояний.
- воспроизведение гонки: воспроизведение с большим количеством итераций/потоков, тесты со стрессовой нагрузкой, холодный запуск, использование фреймворков для детектирования гонок (напр., tools: ThreadSanitizer для нативного кода; для Java — статический анализ, FindBugs/SpotBugs, Concurrency tools).
4) Практические рекомендации
- Используйте `volatile` только для простого обмена флагами/сигналами (видимость), не для инкрементов.
- Для атомарных операций используйте `Atomic*`.
- Для комплексных операций — `synchronized` или `Lock`.
- Минимизируйте область критических секций; не держите locks во время I/O или длительных вычислений.
- Отдавайте предпочтение неблокирующим или высокоуровневым средствам: `ConcurrentHashMap`, `CopyOnWriteArrayList`, `Executors`.
- Напишите юнит-тесты с многопоточными стресс-тестами и используйте мониторинг/профайлинг в CI.
Если нужно, могу прислать минимальные тесты-репозитории для воспроизведения гонки и deadlock-а.