1.3w字,一文详解死锁!

开发 前端
本文介绍了死锁的概念,以及产生死锁的 4 个条件,排查死锁可以通过本文提供的 4 种工具中的任意一种来检测,从易用性和性能方面来考虑。

作者 | 王磊

来源 | Java中文社群(ID:javacn666)

转载请联系授权(微信ID:GG_Stone

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。

1.死锁演示

死锁的形成分为两个方面,一个是使用内置锁 synchronized 形成的死锁,另一种是使用显式锁 Lock 实现的死锁,接下来我们分别来看。

1.1 死锁 synchronized 版

  1. publicclass DeadLockExample { 
  2.     public static void main(String[] args) { 
  3.         Object lockA = new Object(); // 创建锁 A 
  4.         Object lockB = new Object(); // 创建锁 B 
  5.  
  6.         // 创建线程 1 
  7.         Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
  8.             @Override 
  9.             public void run() { 
  10.                 // 先获取锁 A 
  11.                 synchronized (lockA) { 
  12.                     System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
  13.                     try { 
  14.                         Thread.sleep(1000); 
  15.                     } catch (InterruptedException e) { 
  16.                         e.printStackTrace(); 
  17.                     } 
  18.                     // 尝试获取锁 B 
  19.                     System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
  20.                     synchronized (lockB) { 
  21.                         System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
  22.                     } 
  23.                 } 
  24.             } 
  25.         }); 
  26.         t1.start(); // 运行线程 
  27.  
  28.         // 创建线程 2 
  29.         Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
  30.             @Override 
  31.             public void run() { 
  32.                 // 先获取锁 B 
  33.                 synchronized (lockB) { 
  34.                     System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
  35.                     try { 
  36.                         Thread.sleep(1000); 
  37.                     } catch (InterruptedException e) { 
  38.                         e.printStackTrace(); 
  39.                     } 
  40.                     // 尝试获取锁 A 
  41.                     System.out.println("线程 2:等待获取 A..."); 
  42.                     synchronized (lockA) { 
  43.                         System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
  44.                     } 
  45.                 } 
  46.             } 
  47.         }); 
  48.         t2.start(); // 运行线程 
  49.     } 

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 都在等待对方释放锁,这样就造成了死锁问题。

1.2 死锁 Lock 版

  1. import java.util.concurrent.locks.Lock; 
  2. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
  3.  
  4. publicclass DeadLockByReentrantLockExample { 
  5.     public static void main(String[] args) { 
  6.         Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A 
  7.         Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B 
  8.  
  9.         // 创建线程 1 
  10.         Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
  11.             @Override 
  12.             public void run() { 
  13.                 lockA.lock(); // 加锁 
  14.                 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
  15.                 try { 
  16.                     Thread.sleep(1000); 
  17.                     System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
  18.                     lockB.lock(); // 加锁 
  19.                     try { 
  20.                         System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
  21.                     } finally { 
  22.                         lockA.unlock(); // 释放锁 
  23.                     } 
  24.                 } catch (InterruptedException e) { 
  25.                     e.printStackTrace(); 
  26.                 } finally { 
  27.                     lockA.unlock(); // 释放锁 
  28.                 } 
  29.             } 
  30.         }); 
  31.         t1.start(); // 运行线程 
  32.  
  33.         // 创建线程 2 
  34.         Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
  35.             @Override 
  36.             public void run() { 
  37.                 lockB.lock(); // 加锁 
  38.                 System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
  39.                 try { 
  40.                     Thread.sleep(1000); 
  41.                     System.out.println("线程 2:等待获取 A..."); 
  42.                     lockA.lock(); // 加锁 
  43.                     try { 
  44.                         System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
  45.                     } finally { 
  46.                         lockA.unlock(); // 释放锁 
  47.                     } 
  48.                 } catch (InterruptedException e) { 
  49.                     e.printStackTrace(); 
  50.                 } finally { 
  51.                     lockB.unlock(); // 释放锁 
  52.                 } 
  53.             } 
  54.         }); 
  55.         t2.start(); // 运行线程 
  56.     } 

以上程序的执行结果如下:

2.死锁产生原因

通过以上示例,我们可以得出结论,要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。

只有以上 4 个条件同时满足,才会造成死锁问题。

3.死锁排查工具

如果程序出现死锁问题,可通过以下 4 种方案中的任意一种进行分析和排查。

3.1 jstack

我们在使用 jstack 之前,先要通过 jps 得到运行程序的进程 ID,使用方法如下:

“jps -l”可以查询本机所有的 Java 程序,jps(Java Virtual Machine Process Status Tool)是 Java 提供的一个显示当前所有 Java 进程 pid 的命令,适合在 linux/unix/windows 平台上简单查看当前 Java 进程的一些简单情况,“-l”用于输出进程 pid 和运行程序完整路径名(包名和类名)。

有了进程 ID(PID)之后,我们就可以使用“jstack -l PID”来发现死锁问题了,如下图所示:

jstack 用于生成 Java 虚拟机当前时刻的线程快照,“-l”表示长列表(long),打印关于锁的附加信息。

PS:可以使用 jstack -help 查看更多命令使用说明。

3.2 jconsole

使用 jconsole 需要打开 JDK 的 bin 目录,找到 jconsole 并双击打开,如下图所示:

然后选择要调试的程序,如下图所示:

之后点击连接进入,选择“不安全的连接”进入监控主页,如下图所示:

之后切换到“线程”模块,点击“检测死锁”按钮,如下图所示:

之后稍等片刻就会检测出死锁的相关信息,如下图所示:

3.3 jvisualvm

jvisualvm 也在 JDK 的 bin 目录中,同样是双击打开:

稍等几秒之后,jvisualvm 中就会出现本地的所有 Java 程序,如下图所示:

双击选择要调试的程序:

单击鼠标进入“线程”模块,如下图所示:

从上图可以看出,当我们切换到线程一栏之后就会直接显示出死锁信息,之后点击“线程 Dump”生成死锁的详情信息,如下图所示:

3.4 jmc

jmc 是 Oracle Java Mission Control 的缩写,是一个对 Java 程序进行管理、监控、概要分析和故障排查的工具套件。它也是在 JDK 的 bin 目录中,同样是双击启动,如下图所示:

jmc 主页信息如下:

之后选中要排查的程序,右键“启动 JMX 控制台”查看此程序的详细内容,如下图所示:

 

然后点击“线程”,勾中“死锁检测”就可以发现死锁和死锁的详情信息,如下图所示:

4.死锁解决方案

4.1 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。

4.2 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:

  1. publicclass SolveDeadLockExample { 
  2.     public static void main(String[] args) { 
  3.         Object lockA = new Object(); // 创建锁 A 
  4.         Object lockB = new Object(); // 创建锁 B 
  5.         // 创建线程 1 
  6.         Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
  7.             @Override 
  8.             public void run() { 
  9.                 synchronized (lockA) { 
  10.                     System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
  11.                     try { 
  12.                         Thread.sleep(1000); 
  13.                     } catch (InterruptedException e) { 
  14.                         e.printStackTrace(); 
  15.                     } 
  16.                     System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
  17.                     synchronized (lockB) { 
  18.                         System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
  19.                     } 
  20.                 } 
  21.             } 
  22.         }); 
  23.         t1.start(); // 运行线程 
  24.         // 创建线程 2 
  25.         Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
  26.             @Override 
  27.             public void run() { 
  28.                 synchronized (lockA) { 
  29.                     System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
  30.                     try { 
  31.                         Thread.sleep(1000); 
  32.                     } catch (InterruptedException e) { 
  33.                         e.printStackTrace(); 
  34.                     } 
  35.                     System.out.println("线程 2:等待获取B..."); 
  36.                     synchronized (lockB) { 
  37.                         System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
  38.                     } 
  39.                 } 
  40.             } 
  41.         }); 
  42.         t2.start(); // 运行线程 
  43.     } 

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。

4.3 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:

  1. import java.util.concurrent.locks.Lock; 
  2. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
  3.  
  4. publicclass SolveDeadLockExample { 
  5.      
  6.     public static void main(String[] args) { 
  7.         Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A 
  8.         Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B 
  9.  
  10.         // 创建线程 1(使用轮询锁) 
  11.         Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
  12.             @Override 
  13.             public void run() { 
  14.                 // 调用轮询锁 
  15.                 pollingLock(lockA, lockB); 
  16.             } 
  17.         }); 
  18.         t1.start(); // 运行线程 
  19.  
  20.         // 创建线程 2 
  21.         Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
  22.             @Override 
  23.             public void run() { 
  24.                 lockB.lock(); // 加锁 
  25.                 System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
  26.                 try { 
  27.                     Thread.sleep(1000); 
  28.                     System.out.println("线程 2:等待获取 A..."); 
  29.                     lockA.lock(); // 加锁 
  30.                     try { 
  31.                         System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
  32.                     } finally { 
  33.                         lockA.unlock(); // 释放锁 
  34.                     } 
  35.                 } catch (InterruptedException e) { 
  36.                     e.printStackTrace(); 
  37.                 } finally { 
  38.                     lockB.unlock(); // 释放锁 
  39.                 } 
  40.             } 
  41.         }); 
  42.         t2.start(); // 运行线程 
  43.     } 
  44.      
  45.      /** 
  46.      * 轮询锁 
  47.      */ 
  48.     public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB) { 
  49.         while (true) { 
  50.             if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 
  51.                 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
  52.                 try { 
  53.                     Thread.sleep(1000); 
  54.                     System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
  55.                     if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 
  56.                         try { 
  57.                             System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
  58.                         } finally { 
  59.                             lockB.unlock(); // 释放锁 
  60.                             System.out.println("线程 1:释放锁 B."); 
  61.                             break; 
  62.                         } 
  63.                     } 
  64.                 } catch (InterruptedException e) { 
  65.                     e.printStackTrace(); 
  66.                 } finally { 
  67.                     lockA.unlock(); // 释放锁 
  68.                     System.out.println("线程 1:释放锁 A."); 
  69.                 } 
  70.             } 
  71.             // 等待一秒再继续执行 
  72.             try { 
  73.                 Thread.sleep(1000); 
  74.             } catch (InterruptedException e) { 
  75.                 e.printStackTrace(); 
  76.             } 
  77.         } 
  78.     } 

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。

4.4 轮询锁优化

使用轮询锁虽然可以解决死锁的问题,但并不是完美无缺的,比如以下这些问题。

4.4.1 问题1:死循环

以上简易版的轮询锁,如果遇到有一个线程一直霸占或者长时间霸占锁资源的情况,就会导致这个轮询锁进入死循环的状态,它会尝试一直获取锁资源,这样就会造成新的问题,带来不必要的性能开销,具体示例如下。

反例

  1. import java.util.concurrent.locks.Lock; 
  2. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
  3.  
  4. publicclass SolveDeadLockExample { 
  5.  
  6.     public static void main(String[] args) { 
  7.         Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A 
  8.         Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B 
  9.  
  10.         // 创建线程 1(使用轮询锁) 
  11.         Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
  12.             @Override 
  13.             public void run() { 
  14.                 // 调用轮询锁 
  15.                 pollingLock(lockA, lockB); 
  16.             } 
  17.         }); 
  18.         t1.start(); // 运行线程 
  19.  
  20.         // 创建线程 2 
  21.         Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
  22.             @Override 
  23.             public void run() { 
  24.                 lockB.lock(); // 加锁 
  25.                 System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
  26.                 try { 
  27.                     Thread.sleep(1000); 
  28.                     System.out.println("线程 2:等待获取 A..."); 
  29.                     lockA.lock(); // 加锁 
  30.                     try { 
  31.                         System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
  32.                     } finally { 
  33.                         lockA.unlock(); // 释放锁 
  34.                     } 
  35.                 } catch (InterruptedException e) { 
  36.                     e.printStackTrace(); 
  37.                 } finally { 
  38.                     // 如果此处代码未执行,线程 2 一直未释放锁资源 
  39.                     // lockB.unlock();  
  40.                 } 
  41.             } 
  42.         }); 
  43.         t2.start(); // 运行线程 
  44.     } 
  45.  
  46.     /** 
  47.      * 轮询锁 
  48.      */ 
  49.     public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB) { 
  50.         while (true) { 
  51.             if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 
  52.                 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
  53.                 try { 
  54.                     Thread.sleep(1000); 
  55.                     System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
  56.                     if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 
  57.                         try { 
  58.                             System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
  59.                         } finally { 
  60.                             lockB.unlock(); // 释放锁 
  61.                             System.out.println("线程 1:释放锁 B."); 
  62.                             break; 
  63.                         } 
  64.                     } 
  65.                 } catch (InterruptedException e) { 
  66.                     e.printStackTrace(); 
  67.                 } finally { 
  68.                     lockA.unlock(); // 释放锁 
  69.                     System.out.println("线程 1:释放锁 A."); 
  70.                 } 
  71.             } 
  72.             // 等待一秒再继续执行 
  73.             try { 
  74.                 Thread.sleep(1000); 
  75.             } catch (InterruptedException e) { 
  76.                 e.printStackTrace(); 
  77.             } 
  78.         } 
  79.     } 

以上代码的执行结果如下:

从上述结果可以看出,线程 1 轮询锁进入了死循环的状态。

优化版

针对以上死循环的情况,我们可以改进的思路有以下两种:

  1. 添加最大次数限制:如果经过了 n 次尝试获取锁之后,还未获取到锁,则认为获取锁失败,执行失败策略之后终止轮询(失败策略可以是记录日志或其他操作);
  2. 添加最大时长限制:如果经过了 n 秒尝试获取锁之后,还未获取到锁,则认为获取锁失败,执行失败策略之后终止轮询。

以上策略任选其一就可以解决死循环的问题,出于实现成本的考虑,我们可以采用轮询最大次数的方式来改进轮询锁,具体实现代码如下:

  1. import java.util.concurrent.locks.Lock; 
  2. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
  3.  
  4. publicclass SolveDeadLockExample { 
  5.  
  6.     public static void main(String[] args) { 
  7.         Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A 
  8.         Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B 
  9.  
  10.         // 创建线程 1(使用轮询锁) 
  11.         Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
  12.             @Override 
  13.             public void run() { 
  14.                 // 调用轮询锁 
  15.                 pollingLock(lockA, lockB, 3); 
  16.             } 
  17.         }); 
  18.         t1.start(); // 运行线程 
  19.  
  20.         // 创建线程 2 
  21.         Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
  22.             @Override 
  23.             public void run() { 
  24.                 lockB.lock(); // 加锁 
  25.                 System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
  26.                 try { 
  27.                     Thread.sleep(1000); 
  28.                     System.out.println("线程 2:等待获取 A..."); 
  29.                     lockA.lock(); // 加锁 
  30.                     try { 
  31.                         System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
  32.                     } finally { 
  33.                         lockA.unlock(); // 释放锁 
  34.                     } 
  35.                 } catch (InterruptedException e) { 
  36.                     e.printStackTrace(); 
  37.                 } finally { 
  38.                     // 线程 2 忘记释放锁资源 
  39.                     // lockB.unlock(); // 释放锁 
  40.                 } 
  41.             } 
  42.         }); 
  43.         t2.start(); // 运行线程 
  44.     } 
  45.  
  46.     /** 
  47.      * 轮询锁 
  48.      * 
  49.      * maxCount:最大轮询次数 
  50.      */ 
  51.     public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) { 
  52.         // 轮询次数计数器 
  53.         int count = 0; 
  54.         while (true) { 
  55.             if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 
  56.                 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
  57.                 try { 
  58.                     Thread.sleep(1000); 
  59.                     System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
  60.                     if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 
  61.                         try { 
  62.                             System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
  63.                         } finally { 
  64.                             lockB.unlock(); // 释放锁 
  65.                             System.out.println("线程 1:释放锁 B."); 
  66.                             break; 
  67.                         } 
  68.                     } 
  69.                 } catch (InterruptedException e) { 
  70.                     e.printStackTrace(); 
  71.                 } finally { 
  72.                     lockA.unlock(); // 释放锁 
  73.                     System.out.println("线程 1:释放锁 A."); 
  74.                 } 
  75.             } 
  76.  
  77.             // 判断是否已经超过最大次数限制 
  78.             if (count++ > maxCount) { 
  79.                 // 终止循环 
  80.                 System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其他失败策略"); 
  81.                 return
  82.             } 
  83.  
  84.             // 等待一秒再继续尝试获取锁 
  85.             try { 
  86.                 Thread.sleep(1000); 
  87.             } catch (InterruptedException e) { 
  88.                 e.printStackTrace(); 
  89.             } 
  90.         } 
  91.     } 

以上代码的执行结果如下:

从以上结果可以看出,当我们改进之后,轮询锁就不会出现死循环的问题了,它会尝试一定次数之后终止执行。

4.4.2 问题2:线程饿死

我们以上的轮询锁的轮询等待时间是固定时间,如下代码所示:

  1. // 等待 1s 再尝试获取(轮询)锁 
  2. try { 
  3.     Thread.sleep(1000); 
  4. } catch (InterruptedException e) { 
  5.     e.printStackTrace(); 

这样在特殊情况下会造成线程饿死的问题,也就是轮询锁一直获取不到锁的问题,比如以下示例。

反例

  1. import java.util.concurrent.locks.Lock; 
  2. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
  3.  
  4. publicclass SolveDeadLockExample { 
  5.  
  6.     public static void main(String[] args) { 
  7.         Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A 
  8.         Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B 
  9.  
  10.         // 创建线程 1(使用轮询锁) 
  11.         Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
  12.             @Override 
  13.             public void run() { 
  14.                 // 调用轮询锁 
  15.                 pollingLock(lockA, lockB, 3); 
  16.             } 
  17.         }); 
  18.         t1.start(); // 运行线程 
  19.  
  20.         // 创建线程 2 
  21.         Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
  22.             @Override 
  23.             public void run() { 
  24.                 while (true) { 
  25.                     lockB.lock(); // 加锁 
  26.                     System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
  27.                     try { 
  28.                         System.out.println("线程 2:等待获取 A..."); 
  29.                         lockA.lock(); // 加锁 
  30.                         try { 
  31.                             System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
  32.                         } finally { 
  33.                             lockA.unlock(); // 释放锁 
  34.                         } 
  35.                     } finally { 
  36.                         lockB.unlock(); // 释放锁 
  37.                     } 
  38.                     // 等待一秒之后继续执行 
  39.                     try { 
  40.                         Thread.sleep(1000); 
  41.                     } catch (InterruptedException e) { 
  42.                         e.printStackTrace(); 
  43.                     } 
  44.                 } 
  45.             } 
  46.         }); 
  47.         t2.start(); // 运行线程 
  48.     } 
  49.  
  50.     /** 
  51.      * 轮询锁 
  52.      */ 
  53.     public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) { 
  54.         // 循环次数计数器 
  55.         int count = 0; 
  56.         while (true) { 
  57.             if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 
  58.                 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
  59.                 try { 
  60.                     Thread.sleep(100); // 等待 0.1s(获取锁需要的时间) 
  61.                     System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
  62.                     if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 
  63.                         try { 
  64.                             System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
  65.                         } finally { 
  66.                             lockB.unlock(); // 释放锁 
  67.                             System.out.println("线程 1:释放锁 B."); 
  68.                             break; 
  69.                         } 
  70.                     } 
  71.                 } catch (InterruptedException e) { 
  72.                     e.printStackTrace(); 
  73.                 } finally { 
  74.                     lockA.unlock(); // 释放锁 
  75.                     System.out.println("线程 1:释放锁 A."); 
  76.                 } 
  77.             } 
  78.  
  79.             // 判断是否已经超过最大次数限制 
  80.             if (count++ > maxCount) { 
  81.                 // 终止循环 
  82.                 System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其他失败策略"); 
  83.                 return
  84.             } 
  85.  
  86.             // 等待一秒再继续尝试获取锁 
  87.             try { 
  88.                 Thread.sleep(1000); 
  89.             } catch (InterruptedException e) { 
  90.                 e.printStackTrace(); 
  91.             } 
  92.         } 
  93.     } 

以上代码的执行结果如下:

从上述结果可以看出,线程 1(轮询锁)一直未成功获取到锁,造成这种结果的原因是:线程 1 每次轮询的等待时间为固定的 1s,而线程 2 也是相同的频率,每 1s 获取一次锁,这样就会导致线程 2 会一直先成功获取到锁,而线程 1 则会一直处于“饿死”的情况,执行流程如下图所示:

优化版

接下来,我们可以将轮询锁的固定等待时间,改进为固定时间 + 随机时间的方式,这样就可以避免因为获取锁的频率一致,而造成轮询锁“饿死”的问题了,具体实现代码如下:

  1. import java.util.Random; 
  2. import java.util.concurrent.locks.Lock; 
  3. import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; 
  4.  
  5. publicclass SolveDeadLockExample { 
  6.     privatestatic Random rdm = new Random(); 
  7.  
  8.     public static void main(String[] args) { 
  9.         Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A 
  10.         Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B 
  11.  
  12.         // 创建线程 1(使用轮询锁) 
  13.         Thread t1 = new Thread(new Runnable() { 
  14.             @Override 
  15.             public void run() { 
  16.                 // 调用轮询锁 
  17.                 pollingLock(lockA, lockB, 3); 
  18.             } 
  19.         }); 
  20.         t1.start(); // 运行线程 
  21.  
  22.         // 创建线程 2 
  23.         Thread t2 = new Thread(new Runnable() { 
  24.             @Override 
  25.             public void run() { 
  26.                 while (true) { 
  27.                     lockB.lock(); // 加锁 
  28.                     System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); 
  29.                     try { 
  30.                         System.out.println("线程 2:等待获取 A..."); 
  31.                         lockA.lock(); // 加锁 
  32.                         try { 
  33.                             System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); 
  34.                         } finally { 
  35.                             lockA.unlock(); // 释放锁 
  36.                         } 
  37.                     } finally { 
  38.                         lockB.unlock(); // 释放锁 
  39.                     } 
  40.                     // 等待一秒之后继续执行 
  41.                     try { 
  42.                         Thread.sleep(1000); 
  43.                     } catch (InterruptedException e) { 
  44.                         e.printStackTrace(); 
  45.                     } 
  46.                 } 
  47.             } 
  48.         }); 
  49.         t2.start(); // 运行线程 
  50.     } 
  51.  
  52.     /** 
  53.      * 轮询锁 
  54.      */ 
  55.     public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) { 
  56.         // 循环次数计数器 
  57.         int count = 0; 
  58.         while (true) { 
  59.             if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 
  60.                 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); 
  61.                 try { 
  62.                     Thread.sleep(100); // 等待 0.1s(获取锁需要的时间) 
  63.                     System.out.println("线程 1:等待获取 B..."); 
  64.                     if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 
  65.                         try { 
  66.                             System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); 
  67.                         } finally { 
  68.                             lockB.unlock(); // 释放锁 
  69.                             System.out.println("线程 1:释放锁 B."); 
  70.                             break; 
  71.                         } 
  72.                     } 
  73.                 } catch (InterruptedException e) { 
  74.                     e.printStackTrace(); 
  75.                 } finally { 
  76.                     lockA.unlock(); // 释放锁 
  77.                     System.out.println("线程 1:释放锁 A."); 
  78.                 } 
  79.             } 
  80.  
  81.             // 判断是否已经超过最大次数限制 
  82.             if (count++ > maxCount) { 
  83.                 // 终止循环 
  84.                 System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其他失败策略"); 
  85.                 return
  86.             } 
  87.  
  88.             // 等待一定时间(固定时间 + 随机时间)之后再继续尝试获取锁 
  89.             try { 
  90.                 Thread.sleep(300 + rdm.nextInt(8) * 100); // 固定时间 + 随机时间 
  91.             } catch (InterruptedException e) { 
  92.                 e.printStackTrace(); 
  93.             } 
  94.         } 
  95.     } 

以上代码的执行结果如下:

从上述结果可以看出,线程 1(轮询锁)加入随机等待时间之后就不会出现线程饿死的问题了。

5.总结

本文介绍了死锁的概念,以及产生死锁的 4 个条件,排查死锁可以通过本文提供的 4 种工具中的任意一种来检测,从易用性和性能方面来考虑,推荐使用 jconsole 或 jvisualvm,最后我们介绍了死锁问题的两种解决方案:顺序锁和轮询锁。

 

责任编辑:姜华 来源: Java中文社群
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