多线程之死锁就是这么简单

内容预览:
  • 此时线程B需要left锁才能继续往下执行~
  • A:transferMoney(myAccount,yourAccount,10);B:transferMoney(yourAccou...~
  • 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...~

前言

只有光头才能变强

回顾前面:

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

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()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

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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