为什么在静态初始化程序中使用并行流会导致不稳定的死锁

Question

注意： 这是不是重复，请仔细阅读题目 сarefully报价：

真正的问题是为什么代码有时在不应该运行的情况下仍然有效。即使没有lambda，该问题也会重现。这使我认为可能存在JVM错误。

在http://codingdict.com/questions/122889的评论中，我试图找出原因，导致代码行为从一个起点到另一个起点有所不同，而该讨论的参与者为我提供了一个建议，以创建一个单独的主题。

让我们考虑以下源代码：

public class Test {
    static {
        System.out.println("static initializer: " + Thread.currentThread().getName());

        final long SUM = IntStream.range(0, 5)
                .parallel()
                .mapToObj(i -> {
                    System.out.println("map: " + Thread.currentThread().getName() + " " + i);
                    return i;
                })
                .sum();
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Finished");
    }
}

有时（几乎总是）它导致死锁。

输出示例：

static initializer: main
map: main 2
map: ForkJoinPool.commonPool-worker-3 4
map: ForkJoinPool.commonPool-worker-3 3
map: ForkJoinPool.commonPool-worker-2 0

但有时成功完成（非常罕见）：

static initializer: main
map: main 2
map: main 3
map: ForkJoinPool.commonPool-worker-2 4
map: ForkJoinPool.commonPool-worker-1 1
map: ForkJoinPool.commonPool-worker-3 0
Finished

要么

static initializer: main
map: main 2
map: ForkJoinPool.commonPool-worker-2 0
map: ForkJoinPool.commonPool-worker-1 1
map: ForkJoinPool.commonPool-worker-3 4
map: main 3

您能解释一下这种行为吗？

Answer 1

TL; DR
这是HotSpot错误JDK-8215634

可以通过一个根本没有种族的简单测试用例来重现该问题：

public class StaticInit {

    static void staticTarget() {
        System.out.println("Called from " + Thread.currentThread().getName());
    }

    static {
        Runnable r = new Runnable() {
            public void run() {
                staticTarget();
            }
        };

        r.run();

        Thread thread2 = new Thread(r, "Thread-2");
        thread2.start();
        try { thread2.join(); } catch (Exception ignore) {}

        System.out.println("Initialization complete");
    }

    public static void main(String[] args) {
    }
}

这看起来像经典的初始化死锁，但是HotSpot JVM不会挂起。而是打印：

Called from main
Called from Thread-2
Initialization complete

为什么这是一个错误

JVMS§6.5要求在执行invokestatic字节码时

如果尚未初始化声明已解析方法的类或接口，则该类或接口尚未初始化

当Thread-2通话staticTarget，主类StaticInit显然是未初始化（因为它的静态初始化仍在运行）。这意味着Thread-2必须启动JVMS§5.5中描述的类初始化过程。按照这个程序

1. 如果C的Class对象指示其他线程正在对C进行初始化，则释放LC并阻塞当前线程，直到得知正在进行的初始化已完成
   
   

但是，Thread-2尽管该类正在通过thread进行初始化，但不会被阻塞main。

那其他JVM呢

我测试了OpenJ9和JET，预期它们在上述测试中都陷入僵局。
有趣的是，HotSpot也可以挂在-Xcomp模式下，但不能挂在-Xint或混合模式下。

怎么发生的

解释器首次遇到invokestatic字节码时，它将调用JVM运行时来解析方法引用。作为此过程的一部分，JVM会在必要时初始化该类。成功解决后，解决的方法将保存在“常量池缓存”条目中。常量池缓存是特定于HotSpot的结构，用于存储解析的常量池值。

在上面的测试invokestatic字节码中，调用staticTarget首先由main线程解析。解释器运行时将跳过类的初始化，因为该类已经被同一线程初始化。解决的方法保存在常量池缓存中。下次Thread-2执行相同的操作时invokestatic，解释器会看到字节码已被解析，并使用常量池高速缓存条目而不调用运行时，从而跳过了类初始化。

类似的bug对getstatic/ putstatic不久前固定-
JDK-4493560，但修复没有触及invokestatic。我已提交了新的错误JDK-8215634以解决此问题。

至于原来的例子

是否挂起取决于哪个线程首先解析了静态调用。如果它是main线程，则程序将完成而不会出现死锁。如果通过ForkJoinPool线程之一解决了静态调用，程序将挂起。

更新资料

该错误已确认。在即将发布的版本中已修复该问题：JDK 8u201，JDK 11.0.2和JDK 12。