【JavaEE初阶】死锁详解

news2024/11/15 16:28:51

文章目录

🎋死锁的概念
🌳死锁的三个典型情况
- 🚩一个线程一把锁
- 🚩两个线程两把锁
- 🚩n个线程m把锁(哲学家就餐问题)
🎄如何破除死锁
- 🚩破坏循环等待

本文重点：

死锁咋回事

死锁的三个典型情况

死锁的四个必要条件

如何破除死锁

🎋死锁的概念

死锁是这样一种情形：多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。此时就发生了死锁

🌳死锁的三个典型情况

🚩一个线程一把锁

一个线程一把锁，但是都是不可重入锁。该线程争对这个锁连续加锁就会陷入死锁

在这里插入图片描述

什么叫不可重入锁呢？为什么不可重入锁会造成死锁呢？

一个线程没有释放锁, 然后又尝试再次加锁

按照之前对于锁的设定, 第二次加锁的时候, 就会阻塞等待.
直到第一次的锁被释放, 才能获取到第二个锁.
但是释放第一个锁也是由该线程来完成, 结果这个线程已经躺平了, 啥都不想干了, 也就无法进行解锁操作.
这时候就会死锁

举个例子：

一个滑稽老铁去上厕所，反锁厕所们后，然后不小心一个闪现出来了，还失忆了，这时候厕所没人，但是处于锁的状态，后面等待的人无法进入

这样的锁称为不可重入锁

值得注意的是：Java 中的synchronized是可重入锁, 因此没有上面锁死的问题

🚩两个线程两把锁

两个线程两把锁，把这两个线程先分别获取一把锁，然后再同时尝试获取对方的锁。
在这里插入图片描述
举个例子：

阿强和阿珍一起去饺子馆吃饺子.
阿强点了一份汤，阿珍点了一份饺子
这时候他们都想尝尝对方的东西，这时候就有
阿强说：你先给我吃饺子，我再给你喝汤
阿珍说：你先给我和汤，我再给你吃饺子
如果这俩人彼此之间互不相让, 就构成了死锁.
饺子和汤相当于是两把锁, 这两个人就是两个线程

在这里插入图片描述
这时候阿珍和阿强就会发生僵持，发生死锁

接下来我我们写个程序来模拟一下

代码如下：

public class EatLock {
    public static void main(String[] args) {
        Object soup = new Object();
        Object dumplings = new Object();

        Thread thread1 = new Thread(()->{
           synchronized (soup) {
               //等待是为了让另一个线程有时间给第一层加锁
               try {
                   Thread.sleep(3000);

               } catch (InterruptedException e) {
                   throw new RuntimeException(e);
               }
               synchronized (dumplings) {
                   System.out.println("阿珍喝到了汤，也吃到了饺子");
               }
           }
        },"阿珍");
        thread1.start();
        Thread thread2 = new Thread(()->{
            synchronized (dumplings) {
                //等待是为了让另一个线程有时间给第一层加锁
                try {
                    Thread.sleep(1000);

                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                synchronized (soup) {
                        System.out.println("阿强吃到了饺子，也喝到了汤");
                }
            }
        },"阿强");
        thread2.start();
    }
}

代码结果就是堵塞，这里就不展示了

这里我们通过jconsole命令来进行查看一下各个线程的状态，不会使用的读者可以到博主写的《【JavaEE初阶】线程的概念与创建》里面学习详细的查看方法，这里就不做过多赘述了

在这里插入图片描述

这里我们可以看到阿强与阿珍都处于等待状态

🚩n个线程m把锁(哲学家就餐问题)

问题是这样的：

有个桌子, 围着一圈哲学家, 桌子中间放着一盘意大利面. 每个哲学家两两之间, 放着一根筷子
每个哲学家只做两件事: 思考人生或者吃面条. 思考人生的时候就会放下筷子. 吃面条就会拿起左
右两边的筷子(先拿起左边, 再拿起右边)
如果哲学家发现筷子拿不起来了(被别人占用了), 就会阻塞等待.

在这里插入图片描述

[关键点在这] 假设同一时刻, 五个哲 ♂ 家同时拿起左手边的筷子, 然后再尝试拿右手的筷子, 就会发现右手的筷子都被占用了. 由于哲 ♂ 家们互不相让, 这个时候就形成了死锁

在这里插入图片描述
死锁是一种严重的 BUG!! 导致一个程序的线程 “卡死”, 无法正常工作

🎄如何破除死锁

想要破除死锁，首先的弄懂java死锁的四个必要条件

java 死锁产生的四个必要条件：

互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用
不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。

当上述四个条件都成立的时候，便形成死锁。当然，死锁的情况下如果打破上述任何一个条件，便可让死锁消失。

由于前三个条件是操作系统的特性，所以我们无法改变，我们能做其中最容易破坏的就是 “循环等待”.

🚩破坏循环等待

最常用的一种死锁阻止技术就是锁排序. 假设有 N 个线程尝试获取 M 把锁, 就可以针对 M 把锁进行编号
(1, 2, 3…M).

N 个线程尝试获取锁的时候, 都按照固定的按编号由小到大顺序来获取锁. 这样就可以避免环路等待.

比如我们上述阿强与阿珍吃饭的例子

就是因为两个线程对于加锁的顺序没有约定, 就容易产生环路等待

解决方法：

我们预定好先给阿珍喝汤，再给阿强吃饺子，这样就不会产生死锁了，修改代码如下：

public class EatLock {
    public static void main(String[] args) {
        Object soup = new Object();
        Object dumplings = new Object();

        Thread thread1 = new Thread(()->{
           synchronized (soup) {
               //等待是为了让另一个线程有时间给第一层加锁
               try {
                   Thread.sleep(3000);

               } catch (InterruptedException e) {
                   throw new RuntimeException(e);
               }
               synchronized (dumplings) {
                   System.out.println("阿珍喝到了汤，也吃到了饺子");
               }
           }
        },"阿珍");
        thread1.start();
        Thread thread2 = new Thread(()->{
            synchronized (soup) {
                //等待是为了让另一个线程有时间给第一层加锁
                try {
                    Thread.sleep(1000);

                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                synchronized (dumplings) {
                        System.out.println("阿强吃到了饺子，也喝到了汤");
                }
            }
        },"阿强");
        thread2.start();
    }
}