虚拟线程锁去哪了？Java 21 并发踩坑了吗？

2023年9月发布的Java 21将虚拟线程（Virtual Threads）正式纳入生产环境特性，开发者们迫不及待地将其应用于高并发场景。但近期多个团队在使用SpringBoot 3 + Tomcat组合时遭遇诡异现象：应用实例在运行数小时后突然停止响应请求，JVM进程存活却不再处理任何网络IO。通过线程转储分析发现，6个虚拟线程在争夺同一个ReentrantLock时陷入永久等待，而关键问题在于——谁持有锁的信息在Java 21中竟然消失了。

问题现象：线程卡死的四大特征

1. 症状表现

• 请求响应时间突然飙升到60秒以上
• Tomcat工作线程全部处于WAITING状态
• CPU利用率降至1%以下但内存正常
• 重启后问题暂时消失，但数小时后必然复现

2. 环境共性

所有故障系统都满足以下条件：

Java 21 + SpringBoot 3.1.2 
嵌入式Tomcat 10.1.x
REST接口QPS > 500/秒
使用虚拟线程执行阻塞IO操作

锁竞争问题深度解析

1. 线程转储的盲区

通过jcmd <pid> Thread.dump_to_file -format=json获取的线程转储存在严重信息缺失：

• 无locked <0x...>锁定对象信息
• 无Locked ownable synchronizers标识
• 等待锁的线程状态显示为WAITING而非BLOCKED

2. 锁竞争的根本原因

在以下代码模式中，虚拟线程会引发锁竞争雪崩：

ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();

// 虚拟线程执行体
virtualThreadExecutor.execute(() -> {
  lock.lock();  // 此处可能造成线程堆积
  try {
    while (!conditionMet) {
      condition.await();  // 阻塞虚拟线程
    }
    // 处理业务逻辑
  } finally {
    lock.unlock();
  }
});

关键问题：当多个虚拟线程等待同一个Condition时，Java 21的线程调度器无法正确处理锁的持有者状态跟踪。

避坑指南与解决方案

1. 临时应对方案

• 在JVM参数中添加-Djdk.tracePinnedThreads=full
• 使用同步快照工具：
  • JDK Mission Control 8.3+
  • Async Profiler 3.0+

2. 代码层最佳实践

// 修改前（问题代码）
synchronized (monitor) {
  while (!ready) {
    monitor.wait();
  }
}

// 修改后（正确写法）
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition condition = lock.newCondition();
try {
  lock.lock();
  while (!ready) {
    condition.await(100, TimeUnit.MILLISECONDS); // 添加超时
  }
} finally {
  lock.unlock();
}

Java并发编程进阶路线

高频面试考点解析

系统设计学习图谱

1. 并发基础：线程状态转换 → Happens-Before原则
2. 锁机制：AQS → ReentrantLock → StampedLock
3. 性能调优：JFR分析 → 锁竞争检测

未来展望：Java并发的进化方向

预计Java 22将引入增强型线程转储功能，通过JEP 436增加虚拟线程的锁状态跟踪能力。开发者应当：

• 避免在虚拟线程中使用synchronized关键字
• 对共享资源访问采用异步编程模型
• 定期检查JDK更新日志中的并发模块变更

最佳实践：在采用新并发特性时，建议使用混沌工程工具（如Chaos Mesh）进行故障注入测试，提前发现潜在的锁竞争问题。