阻塞是什么以及如何对其进行故障排除？

引言

在所提问题的上下文中，它可以被描述为任何阻碍信息流的事件或过程。这可能发生在不同的环境中，例如软件应用、网络内部通信流的简化、机器的顺畅运行或纯粹的人工流程。阻塞问题通常会导致延迟或会话/任务启动延迟，从而减慢内容生产速度。这会给用户或团队成员带来不必要的麻烦。

它可以用来描述计算系统中同时运行的两个或多个进程或线程，但由于它们在到达某个资源或条件时被挂起而处于阻塞状态。例如，一个线程可能正在等待 I/O 完成，或者进程可能正在等待访问其他进程的资源，从而导致死锁情况。

阻塞的常见原因

阻塞可能来自多种来源，包括但不限于：

资源争用：同一任务所需的资源，而这些资源被不同的进程和线程同时使用。

死锁：两个或多个进程相互等待资源释放的地方。

网络延迟：总体延迟——由于网络速度慢而导致数据处理延迟。

硬件故障：硬件问题，例如硬件缓慢，导致性能延迟。

低效代码：编写得不够周全或未优化资源使用的软件，典型的等待时间会增加。

人为因素：直接和间接的沟通失败以及糟糕的沟通/项目管理实践导致项目延期完成。

阻塞的影响

应用程序或系统的响应能力、稳定性和性能都可能受到阻塞的负面影响。

主要影响如下：

• 应用程序运行缓慢：当线程在等待数据锁或输入时被阻塞，处理速度会降低。用户会遇到屏幕冻结或响应延迟。
• 桌面或移动应用的 UI 冻结：如果主线程被阻塞，例如在 Angular 或 .NET UI 中，界面将变得无响应。这会导致糟糕的用户体验。
• 线程池耗尽：如果在服务器端应用程序中有过多的线程被阻塞，系统将没有足够的线程来处理新请求。这会导致请求被丢弃或超时。
• 死锁：长时间阻塞引起的循环等待可能导致死锁，在这种情况下，没有进程可以前进。
• 资源利用率更高：阻塞的线程在等待时会继续使用系统资源和内存，这会损害系统性能。
• 故障和超时：如果由于阻塞，外部系统（如数据库或 API）的响应延迟太长，可能会超时。

阻塞的类型

软件阻塞

软件中的饥饿是指一个进程在程序中必须等待某个事件才能继续执行的情况。这可能是由多种原因引起的：

同步 I/O 操作：当程序等待机器的输入/输出操作时，例如从硬盘获取数据。

锁和互斥锁：锁是并发线程中的关键组件，使用锁定命令来阻塞执行线程，直到锁被释放。

死锁：可以定义为两个或多个进程等待另一个进程拥有的资源可用性的状态，并且情况是无限的，没有任何进程取得任何进展。

网络阻塞

网络拒绝服务是指跨网络的数据通信计划退化甚至被取消。这可能由以下原因引起：

带宽限制：网络容量低，导致计算机互连缓慢，并因数据拥塞。

高延迟：由于我离网络很远，或者我所在区域的网络经常很慢，所以我很久以前就发了这条消息。

防火墙限制：阻止某些与网络通信相关的活动的活动。

网络配置问题：问题可能仅仅是网络设置效率低下，数据路由不足。

硬件阻塞

硬件阻塞是指由硬件限制或故障引起的性能问题，包括：

CPU 过载：对 CPU 的高需求，导致系统响应能力低下。

内存不足：RAM 不足导致大量分页和整体速度变慢。

磁盘瓶颈：由于读/写速度低且慢而丢帧，以及等待磁盘完成。

外围设备故障：某些关键输入/输出系统未能正常运行。

人为和组织阻塞

除了技术问题，阻塞也可能由人为和组织因素引起：

沟通不畅：团队成员未告知同事延迟或未能有效告知。

低效的工作流程管理：由于缺乏详细的流程而导致工作流程效率低下。

抵制变革：组织文化动态，阻碍向新技术或流程的迁移或减缓其速度。

死锁与阻塞

阻塞是指暂时暂停线程或进程以等待活动资源的行为。这是多任务系统中的常见现象，例如一个线程等待数据库锁被释放或读取文件。当所需资源可用时，阻塞通常会自行消失。虽然它可能导致临时延迟或应用程序性能下降，但并不总是会阻止系统正常工作。相比之下，死锁是一个更严重的问题，其中两个或多个进程卡住，等待另一个进程拥有的资源。

因此，会创建一个系统无法自行打破的循环依赖。例如，如果进程 A 正在等待进程 B 持有的锁，而进程 B 正在等待进程 A 持有的锁，则两个进程都无法前进。为了打破循环，死锁需要外部干预，例如停止进程或重新启动系统，与正常阻塞不同。死锁是并发编程中的一个主要问题，因为它们更难识别和解决。

避免阻塞的顶级技巧

• 对于在等待 I/O 操作（如 HTTP 请求或数据库访问）时保持线程空闲，应将阻塞调用替换为 async/await。
• 为了保持主线程的响应能力，将繁重的任务（如文件处理或复杂计算）卸载到后台线程。
• 这对于用户界面或 Web 应用程序尤为重要。
• 为了防止频繁访问高延迟或性能缓慢的资源（如数据库或 API），请使用内存缓存（如 Redis 或 Memory Cache）。减少多线程代码中锁定的持续时间和范围。在适当的情况下，使用无锁数据结构或方法（如 Concurrent Dictionary）。
• 已使用节流来限制并发请求或任务的数量。
• 设置队列以处理工作负载高峰，而不会给系统带来太大压力。

Web API 阻塞的实际用例

问题

Web API 中的每个传入请求都由不同的线程处理。如果请求包含缓慢的数据库查询，则线程会一直阻塞直到操作完成。当大量此类请求同时发送时，服务器可能会耗尽线程。因此，会产生瓶颈，导致新请求被丢弃或排队，从而降低系统性能。

影响

阻塞会导致延迟增加、超时，最坏的情况下是服务器崩溃。用户会遇到响应缓慢或不成功的情况，尤其是在负载很重时，这对可伸缩性和可靠性有直接影响。

解决方案

等待响应时，避免使用阻塞线程，而是使用异步数据库驱动程序。为了快速满足重复请求而又不影响数据库，请使用缓存。此外，在高峰时段，使用队列或请求节流技术来管理传入流量。即使在高使用率下，这些技术也能减少阻塞并保持 API 的响应能力。

识别阻塞问题

症状和指标

识别潜在阻塞的第一个过程是识别表明进程被阻塞的迹象。常见症状包括：

性能缓慢：应用程序延迟或系统处理能力大幅波动。

超时错误：响应超时错误在应用程序或网络功能中很常见。

CPU 或内存使用率高：与常规操作系统需求无关的高且持续的资源消耗。

死锁：进程停止或卡住，因为它们服务的线程需要过长时间才能获取资源。

故障排除阻塞

• 确定谁是主要阻塞者，或者头号阻塞者。
• 确定导致阻塞的事务和查询（即，是什么导致锁长时间保持打开状态）。
• 检查并理解长时间阻塞的原因。

常见问题解答。

1. 编程中的阻塞是什么意思？

等待任务或资源（如 I/O 或锁）可用时暂停的线程或进程称为阻塞。

2. 阻塞总是坏的吗？

可能不是。在某些情况下，阻塞是正常的（例如，等待数据或输入），但当它导致无响应或性能问题时，它就会成为问题。

3. 阻塞与死锁有何不同？

阻塞是暂时的，通常会自行消失。两个或多个进程相互等待称为死锁，并且没有外部帮助就无法取得任何进展。

4. 我如何知道我的应用程序是否被阻塞？

您可以使用调试工具、线程转储、日志记录、性能监视器或数据库视图（如 SQL Server 中的 sp_who2）来查找被阻塞的线程或查询。

5. 异步调用如何帮助避免阻塞？

异步调用允许系统并发处理更多任务，而不会被卡住，因为它会在等待操作完成时释放当前线程。