死锁终结者：顺序锁和轮询锁！

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死锁(Dead Lock)指的是两个或两个以上的运算单元(进程、线程或协程)，都在等待对方停止执行，以取得系统资源，但是没有一方提前退出，就称为死锁。

死锁示例代码如下：

public class DeadLockExample { 
    public static void main(String[] args) { 
        Object lockA = new Object(); // 创建锁 A 
        Object lockB = new Object(); // 创建锁 B 
 
        // 创建线程 1 
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                synchronized (lockA) { 
                    System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
                    try { 
                        Thread.sleep(1000); 
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace(); 
                    } 
                    System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
                    synchronized (lockB) { 
                        System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
                    } 
                } 
            } 
        }); 
        t1.start(); // 运行线程 
 
        // 创建线程 2 
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                synchronized (lockB) { 
                    System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
                    try { 
                        Thread.sleep(1000); 
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace(); 
                    } 
                    System.out.println("线程 2:等待获取 A..."); 
                    synchronized (lockA) { 
                        System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
                    } 
                } 
            } 
        }); 
        t2.start(); // 运行线程 
    } 
} 

以上程序的执行结果如下：

从上述结果可以看出，线程 1 和线程 2 都进入了死锁状态，相互都在等待对方释放锁。

从上述示例分析可以得出，产生死锁需要满足以下 4 个条件：

1. 互斥条件：指运算单元(进程、线程或协程)对所分配到的资源具有排它性，也就是说在一段时间内某个锁资源只能被一个运算单元所占用。
2. 请求和保持条件：指运算单元已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它运算单元占有，此时请求运算单元阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
3. 不可剥夺条件：指运算单元已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺。
4. 环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在运算单元和资源的环形链，即运算单元正在等待另一个运算单元占用的资源，而对方又在等待自己占用的资源，从而造成环路等待的情况。

只有这 4 个条件同时满足，才会造成死锁的问题。

那么也就是说，要产生死锁必须要同时满足以上 4 个条件才行，那我们就可以通过破坏任意一个条件来解决死锁问题了。

死锁解决方案分析

接下来我们来分析一下，产生死锁的 4 个条件，哪些是可以破坏的?哪些是不能被破坏的?

• 互斥条件：系统特性，不能被破坏。
• 请求和保持条件：可以被破坏。
• 不可剥夺条件：系统特性，不能被破坏。
• 环路等待条件：可以被破坏。

通过上述分析，我们可以得出结论，我们只能通过破坏请求和保持条件或者是环路等待条件，从而来解决死锁的问题，那上线，我们就先从破坏“环路等待条件”开始来解决死锁问题。

解决方案1：顺序锁

所谓的顺序锁指的是通过有顺序的获取锁，从而避免产生环路等待条件，从而解决死锁问题的。

当我们没有使用顺序锁时，程序的执行可能是这样的：

线程 1 先获取了锁 A，再获取锁 B，线程 2 与 线程 1 同时执行，线程 2 先获取锁 B，再获取锁 A，这样双方都先占用了各自的资源(锁 A 和锁 B)之后，再尝试获取对方的锁，从而造成了环路等待问题，最后造成了死锁的问题。

此时我们只需要将线程 1 和线程 2 获取锁的顺序进行统一，也就是线程 1 和线程 2 同时执行之后，都先获取锁 A，再获取锁 B，执行流程如下图所示：

因为只有一个线程能成功获取到锁 A，没有获取到锁 A 的线程就会等待先获取锁 A，此时得到锁 A 的线程继续获取锁 B，因为没有线程争抢和拥有锁 B，那么得到锁 A 的线程就会顺利的拥有锁 B，之后执行相应的代码再将锁资源全部释放，然后另一个等待获取锁 A 的线程就可以成功获取到锁资源，执行后续的代码，这样就不会出现死锁的问题了。

顺序锁的实现代码如下所示：

public class SolveDeadLockExample { 
    public static void main(String[] args) { 
        Object lockA = new Object(); // 创建锁 A 
        Object lockB = new Object(); // 创建锁 B 
        // 创建线程 1 
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                synchronized (lockA) { 
                    System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
                    try { 
                        Thread.sleep(1000); 
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace(); 
                    } 
                    System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
                    synchronized (lockB) { 
                        System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
                    } 
                } 
            } 
        }); 
        t1.start(); // 运行线程 
        // 创建线程 2 
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                synchronized (lockA) { 
                    System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
                    try { 
                        Thread.sleep(1000); 
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace(); 
                    } 
                    System.out.println("线程 2:等待获取B..."); 
                    synchronized (lockB) { 
                        System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
                    } 
                } 
            } 
        }); 
        t2.start(); // 运行线程 
    } 
} 

以上程序的执行结果如下：

从上述执行结果可以看出，程序并没有出现死锁的问题。

解决方案2：轮询锁

轮询锁是通过打破“请求和保持条件”来避免造成死锁的，它的实现思路简单来说就是通过轮询来尝试获取锁，如果有一个锁获取失败，则释放当前线程拥有的所有锁，等待下一轮再尝试获取锁。

轮询锁的实现需要使用到 ReentrantLock 的 tryLock 方法，具体实现代码如下：

import java.util.concurrent.locks.Lock; 
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
 
public class SolveDeadLockExample { 
     
    public static void main(String[] args) { 
        Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A 
        Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B 
 
        // 创建线程 1(使用轮询锁) 
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                // 调用轮询锁 
                pollingLock(lockA, lockB); 
            } 
        }); 
        t1.start(); // 运行线程 
 
        // 创建线程 2 
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                lockB.lock(); // 加锁 
                System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
                try { 
                    Thread.sleep(1000); 
                    System.out.println("线程 2:等待获取 A..."); 
                    lockA.lock(); // 加锁 
                    try { 
                        System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
                    } finally { 
                        lockA.unlock(); // 释放锁 
                    } 
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } finally { 
                    lockB.unlock(); // 释放锁 
                } 
            } 
        }); 
        t2.start(); // 运行线程 
    } 
     
     /** 
     * 轮询锁 
     */ 
    public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB) { 
        while (true) { 
            if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 
                System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
                try { 
                    Thread.sleep(1000); 
                    System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
                    if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 
                        try { 
                            System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
                        } finally { 
                            lockB.unlock(); // 释放锁 
                            System.out.println("线程 1:释放锁 B."); 
                            break; 
                        } 
                    } 
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } finally { 
                    lockA.unlock(); // 释放锁 
                    System.out.println("线程 1:释放锁 A."); 
                } 
            } 
            // 等待一秒再继续执行 
            try { 
                Thread.sleep(1000); 
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace(); 
            } 
        } 
    } 
} 

以上程序的执行结果如下：

从上述结果可以看出，以上代码也没有出现死锁的问题。

总结

本文介绍了解决死锁的 2 种方案：

• 第 1 种顺序锁：通过改变获取锁的顺序也就打破“环路请求条件”来避免死锁问题的发生;
• 第 2 种轮询锁：通过轮询的方式也就是打破“请求和拥有条件”来解决死锁问题。它的实现思路是，通过自旋的方式来尝试获取锁，在获取锁的途中，如果有任何一个锁获取失败，则释放之前获取的所有锁，等待一段时间之后再次执行之前的流程，这样就避免一个锁一直被(一个线程)占用的尴尬了，从而避免了死锁问题。

参考 & 鸣谢

《Java并发编程实战》