JavaEE 第5节死锁产生的原因

news2024/11/16 9:33:27

一、死锁场景

场景1：1个线程1个锁

场景2：2个线程2个锁

场景3：N个线程M个锁

二、出现死锁的四个必要条件

1）锁的互斥性（Mutual Exclusion）

2）锁的不可抢占性（Non-preemption）

3）请求保持（Hold and Wait）

4）循环等待（Circular Wait）

三、避免死锁的方式

1.锁的互斥性（不可干预）

2.锁的不可抢占性（不可干预）

3.请求锁时，不允许持有锁

4.打破循环依赖

一、死锁场景

为了能够加深对死锁产生原因的理解，我们先来看看产生死锁的几个经典场景：

场景1：1个线程1个锁

对这个线程进行重复上锁：

public class Threads {
    static int count = 0;

    //实现加锁
    private synchronized static void add() {
        count++;
    }
public static Object object=new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
        Thread t=new Thread(()->{

            //第一次上锁
            synchronized (object){
                //程序会永远停留在这里
                /*第二次上锁，需要等待第二次解锁，但是第二次解锁需要等待第二次上锁成功。
                * */
                //第二次上锁
                synchronized(object){
                    
                }
            }
        });
        t.start();
        t.join();

    }

}

注意：

在JAVA的synchronized关键字中，不会出现这中情况，因为synchronized关键字会自动识别，只对同一个线程的同一个对象上锁一次。

那么synchronized是怎么完成这一操作的呢？

底层使用的是引用计数：

这样，不论加几次锁，实际的锁只有一个。

场景2：2个线程2个锁

我先用一个形象的例子说明：

假如有两个小朋友A和B分别在一个独木桥的两端，他们都要过这个一个独木桥。

当他们在独木桥相遇的时候，出现了这样一个情况，两个人都相互谦让:

最后结果就是两个人都停留在那里，都走不了。

用代码演示：

public class Threads {
    static int count = 0;

    //实现加锁
    private synchronized static void add() {
        count++;
    }
public static Object object1=new Object();
    public static Object object2=new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

            Thread threadA=new Thread(()->{
                synchronized (object1){
                    System.out.println("线程A对1上锁");

                    try {
                        Thread.sleep(1000);//休眠确保线程B对1 2都上锁，然后在执行A线程接下来的程序
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized(object2){
                        System.out.println("线程A在对2上锁");
                    }

                }


            });

            Thread threadB=new Thread(()->{
               synchronized(object2){
                   System.out.println("线程B对2上锁");

                   synchronized(object1){
                       System.out.println("线程B对1上锁");
                   }
               }
            });


            threadA.start();
            threadB.start();
            threadA.join();
            threadB.join();
    }

}

运行结果：

打印完这两句话后进入死循环。

注意：

出现这种死锁必须保证这两个线程是在持有一个锁的基础上，又去加另一个锁，比如A线程在上了1锁的前提下（synchronized代码块内），有取加了2的锁：

线程B，也必须如此：

场景3：N个线程M个锁

场景三是一个很经典的模型：

假如说下面五位都要吃到桌上的食物，每个人需要用一双筷子才行：

上面的五位哥哥就是五个线程，五支筷子就是五个不同对象的锁。

通常情况下，都能吃到里面的鸡汤（一个哥哥用完一双筷子，把筷子留给其他哥哥用），但是有时候程序运行时，会出现这样一个特殊的情况：

也就是他们同时拿其同一侧的一只筷子的时候，每一位哥哥都拿了一支筷子，但是每一个哥哥都尝不到里面的鸡汤，因为必须持有一双筷子才能尝到鸡汤的鸡肉，于是每位各个都一直干等着，这样就形成了死锁。

二、出现死锁的四个必要条件

1）锁的互斥性（Mutual Exclusion）

可以把锁想象成一个很小的单间，如果有多个线程加了这把锁，那么同一时刻只能有一个线程能够进到这个房间，既这把锁只能被一个线程持有并使用，保证持有这把锁的线程对资源独占访问，从而避免线程安全问题。

这是锁的基本特性，无法干预

2）锁的不可抢占性（Non-preemption）

还是刚才的单间例子，在一个线程抢到到这个小房间的时候（持有这把锁），其他线程不能把这个线程强制拖出来自己占有。

这是锁的基本特性，通常无法干预

3）请求保持（Hold and Wait）

最典型的例子就是场景1和场景2了。

与代码结构有关，可干预。

在持有一把锁且不释放的情况下，又去拿锁。

4）循环等待（Circular Wait）

顾名思义，线程之间在相互等待解锁，形成一个逻辑上的死循环。

与代码结构有关，可干预。

三、避免死锁的方式

想要解决死锁问题，只需要破坏一下四个条件中的其中一个就能成功。

1.锁的互斥性（不可干预）

锁的互斥性（Mutual Exclusion）是锁的基本特性，它是保证线程资源独占访问的关键，是无法干预的。

2.锁的不可抢占性（不可干预）

锁的不可抢占性（Non-preemption）也是锁的基本特性，它保证线程在持有资源的时候不会被其他线程打断，保证数据的一致性，所以也是不可干预的。

3.请求锁时，不允许持有锁

请求保持（Hold and Wait）：这个条件我们是可以干预的。

对典型的就是上面2个线程2把锁这个例子，倘若两个线程想要拿另一把锁的时候，把当前的锁释放掉，再去拿另一把锁，死锁就不会发生：

public class Threads {
    static int count = 0;

    //实现加锁
    private synchronized static void add() {
        count++;
    }
    public static Object object1=new Object();
    public static Object object2=new Object();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread threadA=new Thread(()->{
            synchronized (object1){
                System.out.println("线程A对1上锁");

                try {
                    Thread.sleep(1000);//休眠确保线程B对1 2都上锁，然后在执行A线程接下来的程序
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

            //出了object1对象的锁，再去压object2的锁，其他代码不变
            synchronized(object2){
                System.out.println("线程A在对2上锁");
            }


        });

        Thread threadB=new Thread(()->{
            synchronized(object2){
                System.out.println("线程B对2上锁");

                synchronized(object1){
                    System.out.println("线程B对1上锁");
                }
            }
        });


        threadA.start();
        threadB.start();
        threadA.join();
        threadB.join();
    }

}

运行结果：