多线程死锁
死锁的定义
多线程以及多进程改善了系统资源的利用率并提高了系统的处理能力。
然而，并发执行也带来了新的问题——死锁。
所谓死锁是指多个线程因竞争资源而造成的一种僵局（互相等待），若无外力作用(中止并重启)，这些进程都将无法向前推进。
场景：生活中两辆车从双行道行驶准备驶向单行道中。两人各占一半的道路，都等着对方倒车，把路让出来，但谁都不让，就这样陷入死循环，僵持着。。。谁都无法出去。
死锁产生的原因
- 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
造成死锁的三种方式
锁顺序死锁
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
动态锁顺序死锁
// 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);
协作对象之间发生死锁
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.....
避免死锁的方法
1)固定加锁的顺序(针对锁顺序死锁)
2)开放调用(针对对象之间协作造成的死锁)
3)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
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~
--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！
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~
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~~
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：
总结
1)线程之间交错执行
--解决：以固定的顺序加锁
2)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
3)永久等待
--解决：使用tryLock()定时锁，超过时限则返回错误信息
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