Java并发编程（四）--- 死锁的发生与避免

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前言

上一篇我们介绍了如何通过synchronized 来加锁保护资源。但是，不当的加锁方式可能就会导致死锁。

死锁发生的场景

最典型的就是哲学家问题，
场景：5个哲学家，5跟筷子，5盘意大利面，大家围绕桌子而坐，进行思考与进食活动。

哲学家的活动描述：
哲学家除了吃面、还要思考、所以要么放下左右手筷子进行思考、要么拿起两个筷子（自己两侧的）开始吃面。
哲学家从不交谈，这就很危险了，很可能会发生死锁，假设每个人都是先拿到左边的筷子，然后去拿右边的筷子，那么就可能会出现如下情况。

通过代码模拟：

public class DeadLockTest2 { public static void main(String[] args) { ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); int sum = 5; Chopsticks[] chopsticks = new Chopsticks[sum]; for (int i = 0; i < sum; i++) { chopsticks[i] = new Chopsticks(); } for (int i = 0; i < sum; i++) { executorService.execute(new Philosopher(chopsticks[i], chopsticks[(i + 1) % sum])); } }
	// 筷子 static class Chopsticks { }
	//哲学家 static class Philosopher implements Runnable { private Chopsticks left; private Chopsticks right; public Philosopher(Chopsticks left, Chopsticks right) { this.left = left; this.right = right; } @Override public void run() { try { //思考一段时间 Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (left) { try { //拿到左边的筷子之后等待一段时间 Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (right) { try { System.out.println("********开始吃饭"); Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }
}

  

 

  
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如上程序：定义了一个哲学家类，该类的主要任务要么是思考，要么是吃饭，吃饭的话，首先拿到其左边的筷子，等待一段时间后再去拿其右边的筷子。在此处因为每个哲学家都是占用自己左边的筷子等待拿右边的筷子。所以，就会出现循环等待，导致死锁。下面我们就来查看下：

如何查看死锁的发生

我们可以通过java命令很方便的查看是否有死锁发生。首先通过jps命令查看当前程序所占的进程如下：

找到对应的进程之后，接着通过jstack 命令查看程序运行情况。如下：

通过上述分析我们发现死锁发生的条件是如下四个（必须同时满足）：

1. 互斥，共享资源A和B只能被一个线程占用，就是本例中的，一根筷子同一时刻只能被一个哲学家获得
2. 占有且等待：线程T1持有共享资源A,在等待共享资源B时，不释放占用的资源，在本例中就是：哲学家1获得他左边的筷子，等待获得他右边的筷子，即使没有得到也不会放回其获得的筷子。
3. 不可抢占：其他线程不能强行占用线程T1占用的资源，在本例中就是：每个哲学家获得的筷子不能被其他哲学家抢走。
4. 循环等待：线程T1等待线程T2占用的资源，线程T2等待线程T1占用的资源。在本例中：所有哲学家围坐一桌，已经形成了一个申请资源的环。

如何避免死锁

前面我们说了，死锁的发生条件是必须同时满足上述四个条件。那么避免死锁的方式就是破坏掉其中的一个条件就可以了。

对于占用且等待

对于占用且等待的情况，我们只需要一次性申请所有的资源，只有申请到了才会往下面走。对于这种情况，我们需要一个调度者，由它来统一申请资源。调度者必须是单例的，由他给哲学家分配筷子。

public class Allocator { private List<Object> applyList = new ArrayList<Object>(); private final static Allocator allocator = new Allocator(); private Allocator() { } /** * 只能由一个人完成，所以是单例模式 * @return */ public static Allocator getAllocator() { return allocator; } /** * 申请资源 */ synchronized boolean applyResource(Object from, Object to) { if (applyList.contains(from) || applyList.contains(to)) { return false; } applyList.add(from); applyList.add(to); return true; } /** * 释放资源 */ synchronized void free(Object from, Object to) { applyList.remove(from); applyList.remove(to); }


  

 

  
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调度者会一直申请拿到两个资源，如果能拿到这执行后续流程，拿不到的话则一直循环申请。

public void eat(Account2 target) { //没有申请到锁就一直循环下去,直到成功 while (!Allocator.getAllocator().applyResource(this, target)) { return; } try { //左边 synchronized (this) { //右边 synchronized (target) { } } } finally { //释放已经申请的资源 Allocator.getAllocator().free(this, target); } }


  

 

  
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对于不可抢占资源

对于不可抢占资源，占有部分资源的线程进一步申请其他资源，如果申请不到则主动释放它占用的资源。在后面我们会运用lock来实现。给锁设定超时时间。如果在超时未获得需要的资源，则释放其所占资源。

class Philosopher extends Thread{ private ReentrantLock left,right; public Philosopher(ReentrantLock left, ReentrantLock right) { super(); this.left = left; this.right = right; } public void run(){ try { while(true){ Thread.sleep(1000);//思考一段时间 left.lock(); try{ if(right.tryLock(1000,TimeUnit.MILLISECONDS)){ try{ Thread.sleep(1000);//进餐一段时间 }finally { right.unlock(); } }else{ //没有获取到右手的筷子，放弃并继续思考 } }finally { left.unlock(); } } } catch (InterruptedException e) { } }
}

  

 

  
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如上程序，我们将right锁的超时时间设置为1秒，如果不能获取到，右手的筷子，则放弃吃面并继续思考。

对于循环等待

对于循环等待，我们可以按序申请资源来预防，所谓的按序申请，是指资源是有线性顺序的，申请的时候可以先申请序号小的，再申请序号大的。
我们在Chopsticks中添加一个id 字段，作为资源的序号。然后在申请资源时按照序号从小到大开始申请。

   static class Chopsticks { private int id; public Chopsticks(int id) { this.id = id; } public int getId() { return id; } } public Philosopher(Chopsticks left, Chopsticks right) { if (left.getId() > right.getId()) { this.left = right; this.right = left; } else { this.left = left; this.right = right; } }

  

 

  
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死锁发生后如何处理

当检测到死锁时，一个可行的做法是释放所有锁，回退，并且等待一段随机时间后重试。这个和简单的加锁超时类似，不一样的是只有死锁已经发生了才回退 。而不会是因为加锁的请求超时了，虽然有回退和等待，但是如果有大量线程竞争同一批锁，它们还是会重复地死锁。

一个更好的方案是给这些线程设置优先级，让一个（或几个）线程回退，剩下的线程就像没发生死锁一样继续保持着它们需要的锁。可以再死锁发生的时候设置随机的优先级。

总结

本文通过一个经典的哲学家就餐的问题，引入了死锁发生的场景及发生的条件。然后，针对这些条件介绍了避免死锁的三种方式。

文章来源: feige.blog.csdn.net，作者：码农飞哥，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

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