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:
publicclassDeadLockExample{publicstaticvoidmain(String[]args){ObjectlockA=newObject();//创建锁AObjectlockB=newObject();//创建锁B//创建线程1Threadt1=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){synchronized(lockA){System.out.println("线程1:获取到锁A!");try{Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){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2Threadt2=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){synchronized(lockB){System.out.println("线程2:获取到锁B!");try{Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){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:
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。
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。
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。
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:
publicclassSolveDeadLockExample{publicstaticvoidmain(String[]args){ObjectlockA=newObject();//创建锁AObjectlockB=newObject();//创建锁B//创建线程1Threadt1=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){synchronized(lockA){System.out.println("线程1:获取到锁A!");try{Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){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2Threadt2=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){synchronized(lockA){System.out.println("线程2:获取到锁A!");try{Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedExceptione){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:
importjava.util.concurrent.locks.Lock;importjava.util.concurrent.locks.ReentrantLock;publicclassSolveDeadLockExample{publicstaticvoidmain(String[]args){LocklockA=newReentrantLock();//创建锁ALocklockB=newReentrantLock();//创建锁B//创建线程1(使用轮询锁)Threadt1=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){//调用轮询锁pollingLock(lockA,lockB);}});t1.start();//运行线程//创建线程2Threadt2=newThread(newRunnable(){@Overridepublicvoidrun(){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(InterruptedExceptione){e.printStackTrace();}finally{lockB.unlock();//释放锁}}});t2.start();//运行线程}/***轮询锁*/publicstaticvoidpollingLock(LocklockA,LocklockB){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(InterruptedExceptione){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(InterruptedExceptione){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。
作者:Java中文社群