【JAVA】：万字长篇带你了解JAVA并发编程-死锁优化【六】

【JAVA】：万字长篇带你了解JAVA并发编程-并发编程的优化【六】

并发编程的优化

避免死锁

在多线程编程中，死锁是一个常见的问题。当多个线程同时请求多个资源，并且这些资源相互依赖于对方释放资源时，就可能发生死锁。死锁会导致程序的停滞，进而影响系统的性能和可用性。

死锁产生的条件

互斥条件：进程对所分配到的资源不允许其他进程进行访问，若其他进程访问该资源，只能等待，直至占有该资源的进程使用完成后释放该资源

请求和保持条件：进程获得一定的资源之后，又对其他资源发出请求，但是该资源可能被其他进程占有，此事请求阻塞，但又对自己获得的资源保持不放

不可剥夺条件：是指进程已获得的资源，在未完成使用之前，不可被剥夺，只能在使用完后自己释放

环路等待条件：是指进程发生死锁后，必然存在一个进程--资源之间的环形链死锁问题

避免死锁的方式

避免无谓的锁竞争

无谓的锁竞争是指当线程获取到一个锁后，并不需要它继续保持该锁的所有权，但依然在持有锁的情况下等待其他资源的释放。这种情况下，如果其他线程也需要该锁，就可能导致死锁的发生。因此，在编写代码时，我们应该尽量避免无谓的锁竞争，只有在必要的时候才去获取和释放锁。
按顺序获取锁

当多个线程需要获取多个锁时，为了避免死锁，我们可以约定一个获取锁的顺序，而且所有线程都按照这个顺序来获取锁。这样，即使出现了争抢资源的情况，由于按照相同的顺序获取锁，就不会发生循环等待的情况，从而避免了死锁的发生。
使用定时锁

Java提供了一种定时锁的机制，即在尝试获取锁的时候，设定一个等待的时间，在超过这个时间之后，如果还没能获取到锁，就主动放弃锁。这样可以避免线程无限等待的情况，提高系统的可用性。
使用并发工具类

在Java中，有很多并发工具类可以帮助我们更方便地处理多线程编程中的问题，避免死锁的发生。例如，使用ConcurrentHashMap代替Hashtable，使用ConcurrentLinkedQueue代替LinkedList等。这些并发工具类已经内部实现了线程安全的机制，可以有效地避免死锁的问题。
避免线程持有锁的时间过长

当一个线程持有一个锁并长时间不释放时，就会阻塞其他线程的访问，并且增加了出现死锁的概率。因此，我们需要尽量缩短线程持有锁的时间，及时释放锁，以便其他线程能够及时获取锁并继续工作。
仔细设计资源申请顺序

在设计多线程程序时，我们要仔细考虑资源申请的顺序。尽量避免一个线程同时申请多个资源，以免造成资源的竞争和死锁的发生。如果多个线程都需要获取同一组资源，可以考虑引入一个资源分配器，通过分配器来按照一定的策略来分配资源，避免资源的竞争。
使用避免死锁的算法

在一些特殊情况下，即使遵循了以上的原则，仍然无法避免死锁的发生。这时，我们可以使用一些避免死锁的算法，例如银行家算法、资源分级算法等。这些算法可以通过动态地检测和避免死锁，保证系统的正常运行。

死锁例程代码

java 复制代码

/**
 * @author 孔翔
 * @since 2023-11-08
 * copyright for author : 孔翔 at 2023-11-08
 * java-study
 */
public class Deadlock {
 private static Object obj1 = new Object();
 private static Object obj2 = new Object();

 public static void main(String[] args) {
  new Thread(new Thread1()).start();
  new Thread(new Thread2()).start();
 }

 private static class Thread1 implements Runnable {
  @Override
  public void run() {
   synchronized (obj1) {
    System.out.println("Thread1 拿到 obj1 的锁");
    try {
     //停顿2秒的意义在于，让thread2线程拿到obj2的锁
     Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
     e.printStackTrace();
    }

    synchronized (obj2) {
     System.out.println("Thread1 拿到 obj2 的锁");
    }
   }

  }
 }

 private static class Thread2 implements Runnable {
  @Override
  public void run() {
   synchronized (obj2) {
    System.out.println("Thread2 拿到 obj2 的锁");
    try {
     //停顿2秒的意义在于，让thread1线程拿到obj1的锁
     Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
     e.printStackTrace();
    }

    synchronized (obj1) {
     System.out.println("Thread2 拿到 obj1 的锁");
    }
   }
  }
 }

}

产生死锁问题

使用Jps+Jstack查看进程死锁问题

使用jps命令查看运行中的进程

使用jstack命令查看进程java的具体线程信息

总结：

死锁是多线程编程中常见的问题，对系统的性能和可用性有很大的影响。为了避免死锁的发生，我们可以遵循一些原则，如避免无谓的锁竞争、按顺序获取锁、使用定时锁、使用并发工具类等。同时，我们还需要仔细设计资源申请顺序，缩短持有锁的时间，并且可以引入一些避免死锁的算法来保证系统的正常运行。通过合理地选择和应用这些方法，我们可以有效地解决死锁问题，提高系统的性能和可靠性。

避免资源竞争

资源争夺解决方案

1、互斥锁：互斥锁是最常见的资源争夺解决方案之一，它确保同一时刻只有一个线程可以访问共享资源。Java提供了synchronized关键字和ReentrantLock类来实现互斥锁。使用互斥锁可以防止多个线程同时访问共享资源，从而避免数据竞争和一致性问题。

2、信号量：信号量是一种计数器，用于控制同时访问某个资源的线程数量。Java提供了Semaphore类来实现信号量。通过调用acquire()方法获取信号量，线程可以获得对资源的访问权限。使用信号量可以灵活地控制资源的访问权限，从而解决资源争夺问题。

3、读写锁：读写锁是一种特殊的锁，用于在读多写少的场景下提高并发性能。Java提供了ReentrantReadWriteLock类来实现读写锁。读写锁允许多个线程同时读取共享资源，但只允许一个线程写入共享资源。通过使用读写锁，可以提高并发读取操作的性能，并减少争夺写操作的开销。

4、条件变量：条件变量是一种同步机制，用于在多线程环境下进行线程间通信和协调。Java提供了Condition接口和ReentrantLock类中的newCondition()方法来实现条件变量。通过使用条件变量，可以实现线程间的等待和通知机制，以解决复杂的线程协作和资源争夺问题。

5、同步集合：Java提供了许多同步集合类（如ConcurrentHashMap和ConcurrentLinkedQueue），用于在多线程环境下安全地访问和操作集合。这些同步集合类使用内部的同步机制来保证线程安全性和一致性，从而避免了手动同步和争夺资源的问题。