多线程之死锁就是这么简单
2018-05-06 本文已影响479人
Java3y
前言
只有光头才能变强
回顾前面：
- ThreadLocal就是这么简单
- 多线程三分钟就可以入个门了！
- 多线程基础必要知识点！看了学习多线程事半功倍
- Java锁机制了解一下
- AQS简简单单过一遍
- Lock锁子类了解一下
- 线程池你真不来了解一下吗？
本篇主要是讲解死锁，这是我在多线程的最后一篇了。主要将多线程的基础过一遍，以后有机会再继续深入！
死锁是在多线程中也是比较重要的知识点了！
那么接下来就开始吧，如果文章有错误的地方请大家多多包涵，不吝在评论区指正哦~
声明：本文使用JDK1.8
一、死锁讲解
在Java中使用多线程，就会有可能导致死锁问题。死锁会让程序一直卡住，不再程序往下执行。我们只能通过中止并重启的方式来让程序重新执行。
- 这是我们非常不愿意看到的一种现象，我们要尽可能避免死锁的情况发生！
造成死锁的原因可以概括成三句话：
- 当前线程拥有其他线程需要的资源
- 当前线程等待其他线程已拥有的资源
- 都不放弃自己拥有的资源
1.1锁顺序死锁
首先我们来看一下最简单的死锁(锁顺序死锁)是怎么样发生的：
public class LeftRightDeadlock {
private final Object left = new Object();
private final Object right = new Object();
public void leftRight() {
// 得到left锁
synchronized (left) {
// 得到right锁
synchronized (right) {
doSomething();
}
}
}
public void rightLeft() {
// 得到right锁
synchronized (right) {
// 得到left锁
synchronized (left) {
doSomethingElse();
}
}
}
}
我们的线程是交错执行的，那么就很有可能出现以下的情况：
- 线程A调用
leftRight()方法，得到left锁 -
同时线程B调用
rightLeft()方法，得到right锁 - 线程A和线程B都继续执行，此时线程A需要right锁才能继续往下执行。此时线程B需要left锁才能继续往下执行。
- 但是：线程A的left锁并没有释放，线程B的right锁也没有释放。
- 所以他们都只能等待，而这种等待是无期限的-->永久等待-->死锁
image
1.2动态锁顺序死锁
我们看一下下面的例子，你认为会发生死锁吗？
// 转账
public static void transferMoney(Account fromAccount,
Account toAccount,
DollarAmount amount)
throws InsufficientFundsException {
// 锁定汇账账户
synchronized (fromAccount) {
// 锁定来账账户
synchronized (toAccount) {
// 判余额是否大于0
if (fromAccount.getBalance().compareTo(amount) < 0) {
throw new InsufficientFundsException();
} else {
// 汇账账户减钱
fromAccount.debit(amount);
// 来账账户增钱
toAccount.credit(amount);
}
}
}
}
上面的代码看起来是没有问题的：锁定两个账户来判断余额是否充足才进行转账！
但是，同样有可能会发生死锁：
- 如果两个线程同时调用
transferMoney() - 线程A从X账户向Y账户转账
- 线程B从账户Y向账户X转账
- 那么就会发生死锁。
A:transferMoney(myAccount,yourAccount,10);
B:transferMoney(yourAccount,myAccount,20);
1.3协作对象之间发生死锁
我们来看一下下面的例子：
public class CooperatingDeadlock {
// Warning: deadlock-prone!
class Taxi {
@GuardedBy("this") private Point location, destination;
private final Dispatcher dispatcher;
public Taxi(Dispatcher dispatcher) {
this.dispatcher = dispatcher;
}
public synchronized Point getLocation() {
return location;
}
// setLocation 需要Taxi内置锁
public synchronized void setLocation(Point location) {
this.location = location;
if (location.equals(destination))
// 调用notifyAvailable()需要Dispatcher内置锁
dispatcher.notifyAvailable(this);
}
public synchronized Point getDestination() {
return destination;
}
public synchronized void setDestination(Point destination) {
this.destination = destination;
}
}
class Dispatcher {
@GuardedBy("this") private final Set<Taxi> taxis;
@GuardedBy("this") private final Set<Taxi> availableTaxis;
public Dispatcher() {
taxis = new HashSet<Taxi>();
availableTaxis = new HashSet<Taxi>();
}
public synchronized void notifyAvailable(Taxi taxi) {
availableTaxis.add(taxi);
}
// 调用getImage()需要Dispatcher内置锁
public synchronized Image getImage() {
Image image = new Image();
for (Taxi t : taxis)
// 调用getLocation()需要Taxi内置锁
image.drawMarker(t.getLocation());
return image;
}
}
class Image {
public void drawMarker(Point p) {
}
}
}
上面的getImage()和setLocation(Point location)都需要获取两个锁的
- 并且在操作途中是没有释放锁的
这就是隐式获取两个锁(对象之间协作)..
这种方式也很容易就造成死锁.....
二、避免死锁的方法
避免死锁可以概括成三种方法：
- 固定加锁的顺序(针对锁顺序死锁)
- 开放调用(针对对象之间协作造成的死锁)
-
使用定时锁-->
tryLock()- 如果等待获取锁时间超时，则抛出异常而不是一直等待！
2.1固定锁顺序避免死锁
上面transferMoney()发生死锁的原因是因为加锁顺序不一致而出现的~
- 正如书上所说的：如果所有线程以固定的顺序来获得锁，那么程序中就不会出现锁顺序死锁问题！
那么上面的例子我们就可以改造成这样子：
public class InduceLockOrder {
// 额外的锁、避免两个对象hash值相等的情况(即使很少)
private static final Object tieLock = new Object();
public void transferMoney(final Account fromAcct,
final Account toAcct,
final DollarAmount amount)
throws InsufficientFundsException {
class Helper {
public void transfer() throws InsufficientFundsException {
if (fromAcct.getBalance().compareTo(amount) < 0)
throw new InsufficientFundsException();
else {
fromAcct.debit(amount);
toAcct.credit(amount);
}
}
}
// 得到锁的hash值
int fromHash = System.identityHashCode(fromAcct);
int toHash = System.identityHashCode(toAcct);
// 根据hash值来上锁
if (fromHash < toHash) {
synchronized (fromAcct) {
synchronized (toAcct) {
new Helper().transfer();
}
}
} else if (fromHash > toHash) {// 根据hash值来上锁
synchronized (toAcct) {
synchronized (fromAcct) {
new Helper().transfer();
}
}
} else {// 额外的锁、避免两个对象hash值相等的情况(即使很少)
synchronized (tieLock) {
synchronized (fromAcct) {
synchronized (toAcct) {
new Helper().transfer();
}
}
}
}
}
}
得到对应的hash值来固定加锁的顺序，这样我们就不会发生死锁的问题了！
2.2开放调用避免死锁
在协作对象之间发生死锁的例子中，主要是因为在调用某个方法时就需要持有锁，并且在方法内部也调用了其他带锁的方法！
- 如果在调用某个方法时不需要持有锁，那么这种调用被称为开放调用！
我们可以这样来改造：
- 同步代码块最好仅被用于保护那些涉及共享状态的操作！
class CooperatingNoDeadlock {
@ThreadSafe
class Taxi {
@GuardedBy("this") private Point location, destination;
private final Dispatcher dispatcher;
public Taxi(Dispatcher dispatcher) {
this.dispatcher = dispatcher;
}
public synchronized Point getLocation() {
return location;
}
public synchronized void setLocation(Point location) {
boolean reachedDestination;
// 加Taxi内置锁
synchronized (this) {
this.location = location;
reachedDestination = location.equals(destination);
}
// 执行同步代码块后完毕，释放锁
if (reachedDestination)
// 加Dispatcher内置锁
dispatcher.notifyAvailable(this);
}
public synchronized Point getDestination() {
return destination;
}
public synchronized void setDestination(Point destination) {
this.destination = destination;
}
}
@ThreadSafe
class Dispatcher {
@GuardedBy("this") private final Set<Taxi> taxis;
@GuardedBy("this") private final Set<Taxi> availableTaxis;
public Dispatcher() {
taxis = new HashSet<Taxi>();
availableTaxis = new HashSet<Taxi>();
}
public synchronized void notifyAvailable(Taxi taxi) {
availableTaxis.add(taxi);
}
public Image getImage() {
Set<Taxi> copy;
// Dispatcher内置锁
synchronized (this) {
copy = new HashSet<Taxi>(taxis);
}
// 执行同步代码块后完毕，释放锁
Image image = new Image();
for (Taxi t : copy)
// 加Taix内置锁
image.drawMarker(t.getLocation());
return image;
}
}
class Image {
public void drawMarker(Point p) {
}
}
}
使用开放调用是非常好的一种方式，应该尽量使用它~
2.3使用定时锁
使用显式Lock锁，在获取锁时使用tryLock()方法。当等待超过时限的时候，tryLock()不会一直等待，而是返回错误信息。
使用tryLock()能够有效避免死锁问题~~
2.4死锁检测
虽然造成死锁的原因是因为我们设计得不够好，但是可能写代码的时候不知道哪里发生了死锁。
JDK提供了两种方式来给我们检测：
- JconsoleJDK自带的图形化界面工具，使用JDK给我们的的工具JConsole
- Jstack是JDK自带的命令行工具，主要用于线程Dump分析。
具体可参考：
三、总结
发生死锁的原因主要由于：
- 线程之间交错执行
- 解决：以固定的顺序加锁
- 执行某方法时就需要持有锁，且不释放
- 解决：缩减同步代码块范围，最好仅操作共享变量时才加锁
- 永久等待
- 解决：使用
tryLock()定时锁，超过时限则返回错误信息
- 解决：使用
在操作系统层面上看待死锁问题(这是我之前做的笔记、很浅显)：
参考资料：
- 《Java核心技术卷一》
- 《Java并发编程实战》
- 《计算机操作系统 汤小丹》
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