Java多线程编程中的线程死锁

​ 在多线程编程中，线程死锁是一种常见的问题，它发生在两个或多个线程互相等待对方释放资源的情况下，导致程序无法继续执行。本文将介绍线程死锁的概念、产生原因、示例以及如何预防和解决线程死锁问题。

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线程死锁的概念

​ 线程死锁是指两个或多个线程被阻塞，它们互相等待对方释放所持有的资源，导致程序无法继续执行。通常，死锁发生在多个线程试图获取一组共享资源时，这些资源已被其他线程锁定，而这些线程又在等待其他线程释放资源。

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线程死锁的产生原因

线程死锁通常由以下四个条件共同导致：

1. 互斥条件： 至少有一个资源被限定为一次只能被一个线程持有。
2. 请求与保持条件： 一个线程持有至少一个资源并请求其他线程持有的资源。
3. 不可剥夺条件： 已经获得的资源在没有被释放之前，不能被其他线程剥夺。
4. 循环等待条件： 多个线程形成一种循环等待资源的关系。

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线程死锁的示例

以下是一个简单的线程死锁示例：

public class DeadlockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        final Object resource1 = "resource1";
        final Object resource2 = "resource2";

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println("Thread 1: Holding resource 1...");
                try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
                System.out.println("Thread 1: Waiting for resource 2...");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println("Thread 1: Holding resource 1 and 2...");
                }
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            synchronized (resource2) {
                System.out.println("Thread 2: Holding resource 2...");
                try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
                System.out.println("Thread 2: Waiting for resource 1...");
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println("Thread 2: Holding resource 1 and 2...");
                }
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

输出结果如下：因为俩个同步块之间都嵌套其他的锁，因此先入死循环，同步块没结束，资源锁没办法被释放。

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预防和解决线程死锁

要预防和解决线程死锁问题，可以采取以下几种方法：

1. 避免循环等待： 尽量按照相同的顺序获取资源，减少死锁的可能性。
2. 使用定时锁： 在获取锁时，添加超时机制，避免永久等待。
3. 使用资源分级： 将资源按优先级进行划分，先获取低级别资源再获取高级别资源。
4. 使用工具： 使用工具分析和检测潜在的死锁问题。

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当涉及到线程死锁时，还有一个典型的例子是“哲学家就餐问题”，这个问题可以用来说明线程死锁的发生。

​ 在这个问题中，有五位哲学家围坐在一个圆桌旁边，每位哲学家面前有一盘意大利面和一只叉子。哲学家们交替思考和进食，思考时不需要叉子，进食时需要用两只叉子。然而，只有五只叉子可供使用。问题的关键在于，当每位哲学家都持有一只叉子并等待另一只叉子时，就可能发生死锁。

下面是一个简化的示例代码，演示了哲学家就餐问题导致的线程死锁：

public class DiningPhilosophersDeadlock {

    public static class Philosopher extends Thread {
        private Object leftFork;
        private Object rightFork;

        public Philosopher(Object leftFork, Object rightFork) {
            this.leftFork = leftFork;
            this.rightFork = rightFork;
        }

        public void run() {
            synchronized (leftFork) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 拿起左叉子");
                try {
                    Thread.sleep(100); // 模拟思考时间
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (rightFork) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 拿起右叉子，开始进食");
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        int numPhilosophers = 5;
        Philosopher[] philosophers = new Philosopher[numPhilosophers];
        Object[] forks = new Object[numPhilosophers];

        for (int i = 0; i < numPhilosophers; i++) {
            forks[i] = new Object();
        }

        for (int i = 0; i < numPhilosophers; i++) {
            Object leftFork = forks[i];
            Object rightFork = forks[(i + 1) % numPhilosophers];
            philosophers[i] = new Philosopher(leftFork, rightFork);
            philosophers[i].start();
        }
    }
}

在这个例子中，五位哲学家（线程）围坐在圆桌上，每位哲学家需要持有其左边和右边的叉子才能进食。当每位哲学家都持有一只叉子并等待另一只叉子时，就会出现死锁。

输出结果可能类似于（顺序可能会有所不同）：

Thread-0 拿起左叉子
Thread-1 拿起左叉子
Thread-2 拿起左叉子
Thread-3 拿起左叉子
Thread-4 拿起左叉子

在这个阶段，每位哲学家都持有左边的叉子，但都在等待右边的叉子，导致了线程死锁。

这个例子展示了多线程中常见的死锁情况，其中每位哲学家代表一个线程，而叉子则代表共享资源。要解决这个问题，可以使用各种方法，如调整锁的获取顺序、引入超时机制、或者使用更高级的同步机制来避免死锁的发生。

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总结

​ PS:线程死锁是多线程编程中的一个常见问题，它发生在多个线程互相等待对方释放资源的情况下，导致程序无法继续执行。了解线程死锁的产生原因和示例，以及预防和解决线程死锁的方法，有助于帮助我们编写更多更加优良的多线程程序。

作者：Stevedash

发表于：2023年8月14日 20点25分

来源：Java 多线程编程 | 菜鸟教程 (runoob.com)

注：本文内容基于个人学习理解，如有错误或疏漏，欢迎指正。感谢阅读！如果觉得有帮助，请点赞和分享。