目录
死锁,是多线程代码中的一类经典问题。我们知道加锁是能解决线程安全问题的,但是如果加锁的方式不当,就可能产生死锁。
一、死锁的三种典型场景
1、一个线程,一把锁
对于不可重入锁 来说**:**
一个线程没有释放锁, 然后又尝试再次加锁。
// 第一次加锁, 加锁成功
lock();
// 第二次加锁, 锁已经被占用, 阻塞等待.
lock();
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。
对于这种情况就是,如果锁是不可重入的锁,并且一个线程对这把锁加锁两次,就会出现死锁。
2、两个线程,两把锁
假设有两个线程,线程1获取到锁A(对A对象加锁),线程2获取到锁B(对B对象加锁),接下来,线程1尝试获取锁B,线程2尝试获取锁A,这时就会出现死锁。
示例代码如下:
java
public class ThreadDemo1 {
public static void main(String[] args) {
Object A = new Object();
Object B = new Object();
Thread t1 = new Thread(()->{
synchronized (A) {
//sleep一下,让t2能拿到B
try {
Thread.sleep(1000);
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//在持有A的情况下,对B加锁
synchronized (B) {
System.out.println("t1拿到了两把锁");
}
}
});
Thread t2 = new Thread(()->{
synchronized (B) {
//sleep一下,让t1能拿到A
try {
Thread.sleep(1000);
}catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//在持有B的情况下,对A加锁
synchronized (A) {
System.out.println("t2拿到了两把锁");
}
}
});
//死锁,一直僵持着,若让t2先对A加锁,再对B加锁,就可避免死锁
t1.start();
t2.start();
}
}
这时候发生死锁,线程就"卡住了",无法继续工作(死锁属于程序中最严重的一类bug),可见这个代码不会运行出任何结果,如图:
我们可以通过 jconsole 来观察这两个线程此时的状态:
这两个线程都处于死锁阻塞的状态。
如果此时约定加锁顺序,让线程2也先对A加锁,后对B加锁,这样死锁就可以解决。
3、N个线程,M把锁
这里用一个典型的例子来描述,哲学家就餐问题。
哲学家就餐问题 :该问题描述的是五个哲学家共用一张圆桌,分别坐在周围的五张椅子上,在圆桌上有五个碗和五只筷子 ,他们的生活方式是交替的进行思考和进餐。平时,一个哲学家进行思考,饥饿时便试图取用其左右最靠近他的筷子 ,只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐完毕,放下筷子继续思考。
这个问题中,五个哲学家就相当于五个线程,五只筷子就相当于五把锁。
在绝大多数情况下,这个问题是可以正常工作的。但有一些极端的特殊情况,这时会产生死锁。假如同一时刻,所有的哲学家都想吃面条,同时拿起了自己左边的筷子,这个时候,他们继续尝试拿起右边的筷子,这时就拿不到了,因为被别人给拿着了。此时,哲学家们都等待旁边的人释放筷子,但由于所有的哲学家都不想放下自己手中的筷子,这时就产生死锁了,谁都吃不到面条。
如何解决死锁呢?我们先来看一下产生死锁的四个必要条件:
- 互斥使用:获取锁的过程是互斥的,一个线程拿到了这把锁,另一个线程也想获取,就要阻塞等待。
- 不可抢占:一个线程拿到这把锁后,只能主动解锁,不能让别的线程强行把锁抢走。
- 请求保持:一个线程拿到了一把锁后,会持有这把锁,像持有锁A的情况下,尝试获取锁B。
- 循环等待/环路等待:像哲学家问题一样,1号哲学家等待2号哲学家释放筷子,2号哲学家等待3号哲学家释放筷子......
解决死锁的问题,核心思路就是破坏上述的必要条件,只要破坏一个就可以解决死锁。
对于互斥使用和不可抢占,这是锁的最基本特性,不太好破坏;对于请求保持(代码结构方面),是否能破坏,要看实际需求;对于循环等待(代码结构方面),是最容易破坏的。
解决上述哲学家问题死锁的情况,其实有很多方案:
- 引入额外的筷子
- 去掉一个线程(哲学家)
- 引入计数器,限制最多同时有几个哲学家进餐
- 引入加锁顺序的规则
- 银行家算法(操作系统中的重要内容)
1、2、3方案,虽然不复杂,但是普适性不高,有时候用不了;3方案普适性高。
我们这里用一下3方案(引入加锁顺序的规则)来解决哲学家死锁的问题,只要指定一定的规则,就可以有效避免循环等待,从而破坏循环等待这个必要条件。指定加锁顺序,针对五只筷子,进行编号,约定每个哲学家获取筷子的时候,一定要先拿自己左右两边编号较小的筷子,拿到之后,再拿编号较大的。如图(假设2号哲学家先拿到1号筷子):
5号哲学家拿到5号筷子后,就可以进餐了,吃完之后,放下4号和5号筷子;接着,4号哲学家就可以拿到4号筷子,进餐,吃完之后,放下3号和4号筷子;接着,3号哲学家就可以拿到3号筷子,进餐,吃完之后,放下2号和3号筷子......最终,1号哲学家就可以拿到1号筷子和5号筷子,进餐。这样每个哲学家都可以吃到面条,死锁问题也就解决了。