【Java多线程进阶】死锁

news2024/11/28 20:56:41

前言

死锁（Deadlock）是指两个或多个线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，如果不提前预防或外界干扰，这些线程将无法执行下去。因此，本篇博文讲解造成死锁的原因以及解决方案。

1. 造成死锁的原因

2. 哲学家就餐问题

2.1 造成死锁的原因

2.2 解决死锁问题

1. 造成死锁的原因

死锁是多个线程在相互等待对方所占有的锁才能继续执行下去，造成线程都被阻塞都无法执行下去，也释放不了线程自己的锁资源，造成僵局。

举例说明：

我和朋友去拉面馆吃面，我先拿起了辣椒他拿起了醋。此时他想要辣椒、我想要醋，但我俩谁也不让谁。

我对他说：你先把辣椒给我，我用完了就把醋给你。他对我说：你先把醋给我，我用完了就把辣椒给你。

我和他也不让谁，最后导致死锁。在上述例子中，辣椒和醋就是两个锁，我和他就是两个线程。关于死锁会引申的一个哲学家就餐问题。

2. 哲学家就餐问题

哲学家就餐问题是一个经典的并发编程问题，它描述的是五个哲学家围坐在一张圆形餐桌旁，每个哲学家面前有一碗饭和一只筷子，碗和筷子都是共享资源。

哲学家需要用一双筷子来吃饭，但是只有相邻的两个哲学家之间有一只筷子，因此他们必须在餐桌上竞争筷子，才能拿到一双筷子吃饭。

这个问题会引发死锁（Deadlock）和饥饿（Starvation）等并发编程中的经典问题。

如果所有哲学家同时都想获取餐具，但每个哲学家只能等待旁边的哲学家放下筷子才能获取餐具，这可能会导致死锁。

如果所有哲学家只有在其他人都吃到饭才能拿到自己的餐具，那么有些哲学家可能会因为等待时间太长而饥饿。

代码案例：

有两个哲学家在进行就餐，哲学家1获取到筷子1后继续尝试获取筷子2，哲学家2获取到筷子2后继续尝试获取筷子1，造成了死锁状态。

public class DeadlockDemo {
        public static void main(String[] args) {
            Object obj1 = new Object();//筷子1
            Object obj2 = new Object();//筷子2

            // 线程1获取obj1，然后等待obj2
            Thread thread1 = new Thread(() -> {
                synchronized (obj1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取 obj1锁");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (obj2) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取 obj2锁");
                    }
                }
            }, "哲学家 1");

            // 线程2获取obj2，然后等待obj1
            Thread thread2 = new Thread(() -> {
                synchronized (obj2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取 obj2锁");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    synchronized (obj1) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取 obj1锁");
                    }
                }
            }, "哲学家 2");

            t1.start();
            t2.start();
        }
}

运行后打印：

上述代码，中 thread1 是哲学家1，thread2 是哲学家2，obj1 锁和 obj2 锁分别代表两只筷子。哲学家1 占用了 obj1 锁，哲学家2 占用了 obj2 锁。

此时哲学家1 在拥有 obj1 时获取 obj2 是获取不到的，哲学家2 在拥有 obj2 时获取 obj1 也是获取不到的。

这样就会造成死锁。也就是本篇文章开头所说的，一个线程处于永久获取到锁的状态，其他线程无限阻塞等待，这就造成了死锁。

2.1 造成死锁的原因

互斥：一个资源只能被一个进程独占，即该资源只能被一个进程占有或使用。
请求和保持：进程已经保持了至少一个资源，并还在尝试获取其他进程保持的资源。
不可抢占：某个资源只能由占有它的线程释放，不能被其他线程强制占有或抢占。
循环等待：假设一个队列有{t1，t2，t3}这三个线程，t1 等待 t2 所占资源，t2 等待 t3 所占资源，t3 等待 t1 所占资源，这样就会造成循环等待。

2.2 解决死锁问题

解决死锁问题，最好的方式就是预防死锁。我们把锁按照顺序进行编号，并且约定每个线程在获取多把锁的时候必须先获取编号小的，后获取编号大的。这样就不会形成死锁了。

因为，最先获取编号小锁的线程会优先完成相应任务。轮到其他线程再获取小编号锁时，锁就处于空闲状态了。

代码案例：

public class DeadlockDemo {
        public static void main(String[] args) {
            Object obj1 = new Object();//筷子1
            Object obj2 = new Object();//筷子2

            
            Thread t1 = new Thread(() -> {
                synchronized (obj1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取 obj1锁");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    synchronized (obj2) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取 obj2锁");
                    }
                }
            }, "哲学家 1");

            
            Thread t2 = new Thread(() -> {
                synchronized (obj1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取 obj2锁");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }

                    synchronized (obj2) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取 obj1锁");
                    }
                }
            }, "哲学家 2");

            t1.start();
            t2.start();
        }
}

运行后打印：