问题解决：使用arthas发现JDBC驱动类死锁阻塞问题并加以解决的过程

问题场景

开发微服务项目的时候，发现数据库链接创建过程中，陷入了阻塞状态。表现形式为：程序输出日志之后，便卡死不动，不再显示新的日志。于是使用arthas进行问题跟踪，并根据发现的问题，针对性解决！

问题环境

软件	版本
JDK	1.8
springboot	2.1.1.RELEASE
hutool	5.5.5

问题原因

以下是使用arthas的有关命令，各位读者可以一览：

[arthas@22366]$ dashboard 
ID              NAME                                           GROUP                          PRIORITY        STATE          %CPU            TIME            INTERRUPTED    DAEMON          
46              Timer-for-arthas-dashboard-0cd6726c-c0c3-4fa0- system                         10              RUNNABLE       91              0:0             false          true            
26              SimplePauseDetectorThread_0                    system                         9               TIMED_WAITING  8               0:0             false          true            
31              Abandoned connection cleanup thread            main                           5               TIMED_WAITING  0               0:0             false          true            
16              AsyncResolver-bootstrap-0                      main                           5               TIMED_WAITING  0               0:0             false          true            
35              AsyncResolver-bootstrap-executor-0             main                           5               WAITING        0               0:0             false          true            
36              Attach Listener                                system                         9               RUNNABLE       0               0:0             false          true            
17              DiscoveryClient-0                              main                           5               TIMED_WAITING  0               0:0             false          true            
34              DiscoveryClient-1                              main                           5               WAITING        0               0:0             false          true            
33              DiscoveryClient-CacheRefreshExecutor-0         main                           5               WAITING        0               0:0             false          true            
15              Eureka-JerseyClient-Conn-Cleaner2              main                           5               TIMED_WAITING  0               0:0             false          true            
3               Finalizer                                      system                         8               WAITING        0               0:0             false          true            
2               Reference Handler                              system                         10              WAITING        0               0:0             false          true            
5               Signal Dispatcher                              system                         9               RUNNABLE       0               0:0             false          true            
25              Thread-5                                       system                         9               WAITING        0               0:0             false          true            
29              Thread-7                                       main                           5               BLOCKED        0               0:0             false          false           
30              Timer-0                                        main                           5               TIMED_WAITING  0               0:0             false          true  

[arthas@22366]$ thread --state BLOCKED
Threads Total: 29, NEW: 0, RUNNABLE: 7, BLOCKED: 1, WAITING: 11, TIMED_WAITING: 10, TERMINATED: 0                                                                                           
ID              NAME                                           GROUP                          PRIORITY        STATE          %CPU            TIME            INTERRUPTED    DAEMON          
29              Thread-7                                       main                           5               BLOCKED        0               0:0             false          false           
Affect(row-cnt:0) cost in 102 ms.

[arthas@22366]$ thread 29
"Thread-7" Id=29 BLOCKED on java.lang.Class@5a6f639c owned by "main" Id=1
    at java.sql.DriverManager.registerDriver(DriverManager.java:334)
    -  blocked on java.lang.Class@5a6f639c
    at com.microsoft.sqlserver.jdbc.SQLServerDriver.<clinit>(SQLServerDriver.java:903)
    at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
    at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
    at java.lang.Class.newInstance(Class.java:442)
    at java.util.ServiceLoader$LazyIterator.nextService(ServiceLoader.java:380)
    at java.util.ServiceLoader$LazyIterator.next(ServiceLoader.java:404)
    at java.util.ServiceLoader$1.next(ServiceLoader.java:480)
    at java.sql.DriverManager$2.run(DriverManager.java:603)
    at java.sql.DriverManager$2.run(DriverManager.java:583)
    at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
    at java.sql.DriverManager.loadInitialDrivers(DriverManager.java:583)
    at java.sql.DriverManager.<clinit>(DriverManager.java:101)
    at oracle.jdbc.driver.OracleDriver.<clinit>(OracleDriver.java:188)
    at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
    at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
    at java.lang.Class.newInstance(Class.java:442)
    at com.zaxxer.hikari.HikariConfig.setDriverClassName(HikariConfig.java:501)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
    at com.zaxxer.hikari.util.PropertyElf.setProperty(PropertyElf.java:146)
    at com.zaxxer.hikari.util.PropertyElf.lambda$setTargetFromProperties$0(PropertyElf.java:57)
    at com.zaxxer.hikari.util.PropertyElf$$Lambda$587/493239805.accept(Unknown Source)
    at java.util.Hashtable.forEach(Hashtable.java:879)
    -  locked cn.hutool.setting.dialect.Props@647b312d
    at com.zaxxer.hikari.util.PropertyElf.setTargetFromProperties(PropertyElf.java:52)
    at com.zaxxer.hikari.HikariConfig.<init>(HikariConfig.java:134)
    at cn.hutool.db.ds.hikari.HikariDSFactory.createDataSource(HikariDSFactory.java:57)
    at cn.hutool.db.ds.AbstractDSFactory.createDataSource(AbstractDSFactory.java:127)
    at cn.hutool.db.ds.AbstractDSFactory.getDataSource(AbstractDSFactory.java:92)
    -  locked cn.hutool.db.ds.hikari.HikariDSFactory@2be25459

[arthas@22366]$ thread --state RUNNABLE
Threads Total: 29, NEW: 0, RUNNABLE: 7, BLOCKED: 1, WAITING: 11, TIMED_WAITING: 10, TERMINATED: 0                                                                                           
ID              NAME                                           GROUP                          PRIORITY        STATE          %CPU            TIME            INTERRUPTED    DAEMON          
49              as-command-execute-daemon                      system                         10              RUNNABLE       100             0:0             false          true            
36              Attach Listener                                system                         9               RUNNABLE       0               0:0             false          true            
5               Signal Dispatcher                              system                         9               RUNNABLE       0               0:0             false          true            
1               main                                           main                           5               RUNNABLE       0               0:15            false          false           
39              nioEventLoopGroup-2-1                          system                         10              RUNNABLE       0               0:0             false          false           
44              nioEventLoopGroup-2-2                          system                         10              RUNNABLE       0               0:0             false          false           
40              nioEventLoopGroup-3-1                          system                         10              RUNNABLE       0               0:0             false          false           
Affect(row-cnt:0) cost in 103 ms.

[arthas@22366]$ thread 1
"main" Id=1 RUNNABLE
    at java.sql.DriverManager.registerDriver(DriverManager.java:358)
    -  locked java.lang.Class@5a6f639c
    at java.sql.DriverManager.registerDriver(DriverManager.java:334)
    -  locked java.lang.Class@5a6f639c
    at com.sybase.jdbc4.jdbc.SybDriver.registerWithDriverManager(SybDriver.java:708)
    -  locked java.lang.Class@5a6f639c
    at com.sybase.jdbc4.jdbc.SybDriver.<init>(SybDriver.java:139)
    at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
    at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
    at java.lang.Class.newInstance(Class.java:442)
    at com.zaxxer.hikari.HikariConfig.setDriverClassName(HikariConfig.java:501)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
    at com.zaxxer.hikari.util.PropertyElf.setProperty(PropertyElf.java:146)
    at com.zaxxer.hikari.util.PropertyElf.lambda$setTargetFromProperties$0(PropertyElf.java:57)
    at com.zaxxer.hikari.util.PropertyElf$$Lambda$587/493239805.accept(Unknown Source)
    at java.util.Hashtable.forEach(Hashtable.java:879)
    -  locked cn.hutool.setting.dialect.Props@657e32f4
    at com.zaxxer.hikari.util.PropertyElf.setTargetFromProperties(PropertyElf.java:52)
    at com.zaxxer.hikari.HikariConfig.<init>(HikariConfig.java:134)
    at cn.hutool.db.ds.hikari.HikariDSFactory.createDataSource(HikariDSFactory.java:57)
    at cn.hutool.db.ds.AbstractDSFactory.createDataSource(AbstractDSFactory.java:127)
    at cn.hutool.db.ds.AbstractDSFactory.getDataSource(AbstractDSFactory.java:92)
    -  locked cn.hutool.db.ds.hikari.HikariDSFactory@69e98e1f
    at cn.hutool.db.ds.DSFactory.get(DSFactory.java:111)
    at cn.hutool.db.Db.use(Db.java:44)

从上面的命令结果可以看出，是有线程陷入死锁了，导致了程序没办法继续往下执行。

那么，现在问题来了，是什么原因导致死锁的发生。我们这里要先讲一个理论，关于类初始化的加锁场景：

同时使用相同的类或接口。还有一种可能性是，类或接口的初始化可以作为该类或接口初始化的一部分递归地请求；例如，类a中的变量初始值设定项可以调用不相关类B的方法，而不相关类B又可以调用类a的方法。Java虚拟机的实现负责使用以下过程进行同步和递归初始化。
该过程假设类对象已经过验证和准备，并且类对象包含表示以下四种情况之一的状态：
1. 该类对象已验证并准备好，但尚未初始化。
2. 这个类对象正被某个特定的线程T初始化。
3. 该类对象已完全初始化并可以使用。
4. 此类对象处于错误状态，可能是因为尝试初始化但失败。

对于每个类或接口C，都有一个唯一的初始化锁LC。从C到LC的映射由Java虚拟机实现决定。初始化C的过程如下：
1. 同步C的初始化锁LC。这包括等待当前线程可以获取LC。
2. 如果C的类对象指示其他线程正在对C进行初始化，则释放LC并阻止当前线程，直到通知正在进行的初始化已完成，此时重复此步骤。
3. 如果C的类对象指示当前线程正在对C进行初始化，那么这必须是一个递归的初始化请求。释放LC并正常完成。
4. 如果C的类对象指示C已经初始化，则不需要进一步的操作。释放LC并正常完成。
5. 如果C的类对象处于错误状态，则无法进行初始化。释放LC并抛出NoClassDefFoundError。
6. 否则，记录当前线程正在初始化C的类对象，然后释放LC。 然后，初始化值为编译时常量表达式的接口的最终类变量和字段

我们这里可以理一下问题发生的原因：

1. 线程29 要进行数据库链接初始化，而该数据库是Oracle数据库。在进行初始化的时候，获取了DriverManager实例，这个时候因为DriverManager未初始化，故进行了DriverManager静态代码块的初始化，我们可以看上面的线程调用链：

       at java.sql.DriverManager.loadInitialDrivers(DriverManager.java:583)
       at java.sql.DriverManager.<clinit>(DriverManager.java:101)
       at oracle.jdbc.driver.OracleDriver.<clinit>(OracleDriver.java:188)
   

   java.sql.DriverManager.loadInitialDrivers函数会找出classpath下所有的jdbc驱动实现类。

2. 线程1 在开始进行Sybase数据库链接的创建，在调用的时候，需要对DriverManager.class进行了加锁。而此时因为DriverManager处于初始化过程，还未初始化完毕，故程序暂停于此，等待其他线程通知该类初始化完毕。代码如下：

   protected void registerWithDriverManager() {
         
         
       try {
         
         
           Class var1 = DriverManager.class;
           synchronized(DriverManager.class) {
         
         
               DriverManager.registerDriver(this);
               Enumeration var2 = DriverManager.getDrivers();
   
               while(var2.hasMoreElements()) {
         
         
                   Driver var3 = (Driver)var2.nextElement();
                   if (var3 instanceof com.sybase.jdbcx.SybDriver && var3 != this) {
         
         
                       DriverManager.deregisterDriver(var3);
                   }
               }
           }
       } catch (SQLException var6) {
         
         
       }
   }
   

3. 而第一步的线程29需要将全部的驱动类加载进去，这个时候还没有将全部驱动类加载完毕，正在加载com.microsoft.sqlserver.jdbc.SQLServerDriver。而这个类加载过程中，需要调用方法DriverManager.registerDriver(new SQLServerDriver());，查看源码，可以知道该方法是需要被加锁的。而因为第二步DriverManager被加锁了，并因为DriverManager未初始化完毕导致锁未能释放。故陷入了两边都拿了对应的锁，这就形成了死锁的情况！！！

解决方案

不要用并发的形式进行JDBC驱动类的加载。也可以用取巧的方式，延迟一个线程中关于数据库的加载。这样就可以很大程度地避免该问题的发生。

结果

死锁问题得到解决，程序正常运行！！！

总结

从点到面，可以学到很多东西。知其然，知其所以然，才能不断地进步！！！

扩展

类初始化官网说明

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