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Java死锁问题怎么解决

发表于:2024-11-23 作者:千家信息网编辑
千家信息网最后更新 2024年11月23日,今天小编给大家分享一下Java死锁问题怎么解决的相关知识点,内容详细,逻辑清晰,相信大部分人都还太了解这方面的知识,所以分享这篇文章给大家参考一下,希望大家阅读完这篇文章后有所收获,下面我们一起来了解
千家信息网最后更新 2024年11月23日Java死锁问题怎么解决

今天小编给大家分享一下Java死锁问题怎么解决的相关知识点,内容详细,逻辑清晰,相信大部分人都还太了解这方面的知识,所以分享这篇文章给大家参考一下,希望大家阅读完这篇文章后有所收获,下面我们一起来了解一下吧。

前言:

死锁(Dead Lock)指的是两个或两个以上的运算单元(进程、线程或协程),都在等待对方停止执行,以取得系统资源,但是没有一方提前退出,就称为死锁。

死锁示例代码如下:

public class DeadLockExample {    public static void main(String[] args) {        Object lockA = new Object(); // 创建锁 A        Object lockB = new Object(); // 创建锁 B        // 创建线程 1        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                synchronized (lockA) {                    System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");                    try {                        Thread.sleep(1000);                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                    System.out.println("线程 1:等待获取 B...");                    synchronized (lockB) {                        System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");                    }                }            }        });        t1.start(); // 运行线程        // 创建线程 2        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                synchronized (lockB) {                    System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");                    try {                        Thread.sleep(1000);                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                    System.out.println("线程 2:等待获取 A...");                    synchronized (lockA) {                        System.out.println("线程 2:获取到锁 A!");                    }                }            }        });        t2.start(); // 运行线程    }}

以上程序的执行结果如下:

从上述结果可以看出,线程 1 和线程 2 都进入了死锁状态,相互都在等待对方释放锁。

从上述示例分析可以得出,产生死锁需要满足以下 4 个条件:

  • 互斥条件:指运算单元(进程、线程或协程)对所分配到的资源具有排它性,也就是说在一段时间内某个锁资源只能被一个运算单元所占用。

  • 请求和保持条件:指运算单元已经保持至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其它运算单元占有,此时请求运算单元阻塞,但又对自己已获得的其它资源保持不放。

  • 不可剥夺条件:指运算单元已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺。

  • 环路等待条件:指在发生死锁时,必然存在运算单元和资源的环形链,即运算单元正在等待另一个运算单元占用的资源,而对方又在等待自己占用的资源,从而造成环路等待的情况。

只有这 4 个条件同时满足,才会造成死锁的问题。

那么也就是说,要产生死锁必须要同时满足以上 4 个条件才行,那我们就可以通过破坏任意一个条件来解决死锁问题了。

死锁解决方案分析

接下来我们来分析一下,产生死锁的 4 个条件,哪些是可以破坏的?哪些是不能被破坏的?

  • 互斥条件:系统特性,不能被破坏。

  • 请求和保持条件:可以被破坏。

  • 不可剥夺条件:系统特性,不能被破坏。

  • 环路等待条件:可以被破坏。

通过上述分析,我们可以得出结论,我们只能通过破坏请求和保持条件或者是环路等待条件,从而来解决死锁的问题,那上线,我们就先从破坏"环路等待条件"开始来解决死锁问题。

解决方案1:顺序锁

所谓的顺序锁指的是通过有顺序的获取锁,从而避免产生环路等待条件,从而解决死锁问题的。

当我们没有使用顺序锁时,程序的执行可能是这样的:

线程 1 先获取了锁 A,再获取锁 B,线程 2 与 线程 1 同时执行,线程 2 先获取锁 B,再获取锁 A,这样双方都先占用了各自的资源(锁 A 和锁 B)之后,再尝试获取对方的锁,从而造成了环路等待问题,最后造成了死锁的问题。

此时我们只需要将线程 1 和线程 2 获取锁的顺序进行统一,也就是线程 1 和线程 2 同时执行之后,都先获取锁 A,再获取锁 B,执行流程如下图所示:

因为只有一个线程能成功获取到锁 A,没有获取到锁 A 的线程就会等待先获取锁 A,此时得到锁 A 的线程继续获取锁 B,因为没有线程争抢和拥有锁 B,那么得到锁 A 的线程就会顺利的拥有锁 B,之后执行相应的代码再将锁资源全部释放,然后另一个等待获取锁 A 的线程就可以成功获取到锁资源,执行后续的代码,这样就不会出现死锁的问题了。

顺序锁的实现代码如下所示:

public class SolveDeadLockExample {    public static void main(String[] args) {        Object lockA = new Object(); // 创建锁 A        Object lockB = new Object(); // 创建锁 B        // 创建线程 1        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                synchronized (lockA) {                    System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");                    try {                        Thread.sleep(1000);                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                    System.out.println("线程 1:等待获取 B...");                    synchronized (lockB) {                        System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");                    }                }            }        });        t1.start(); // 运行线程        // 创建线程 2        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                synchronized (lockA) {                    System.out.println("线程 2:获取到锁 A!");                    try {                        Thread.sleep(1000);                    } catch (InterruptedException e) {                        e.printStackTrace();                    }                    System.out.println("线程 2:等待获取B...");                    synchronized (lockB) {                        System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");                    }                }            }        });        t2.start(); // 运行线程    }}

以上程序的执行结果如下:

从上述执行结果可以看出,程序并没有出现死锁的问题。

解决方案2:轮询锁

轮询锁是通过打破"请求和保持条件"来避免造成死锁的,它的实现思路简单来说就是通过轮询来尝试获取锁,如果有一个锁获取失败,则释放当前线程拥有的所有锁,等待下一轮再尝试获取锁。

轮询锁的实现需要使用到 ReentrantLock 的 tryLock 方法,具体实现代码如下:

import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample {    public static void main(String[] args) {        Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创建锁 A        Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创建锁 B        // 创建线程 1(使用轮询锁)        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                // 调用轮询锁                pollingLock(lockA, lockB);            }        });        t1.start(); // 运行线程        // 创建线程 2        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                lockB.lock(); // 加锁                System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");                try {                    Thread.sleep(1000);                    System.out.println("线程 2:等待获取 A...");                    lockA.lock(); // 加锁                    try {                        System.out.println("线程 2:获取到锁 A!");                    } finally {                        lockA.unlock(); // 释放锁                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    lockB.unlock(); // 释放锁                }            }        });        t2.start(); // 运行线程    }     /**     * 轮询锁     */    public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB) {        while (true) {            if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁                System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");                try {                    Thread.sleep(1000);                    System.out.println("线程 1:等待获取 B...");                    if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁                        try {                            System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");                        } finally {                            lockB.unlock(); // 释放锁                            System.out.println("线程 1:释放锁 B.");                            break;                        }                    }                } catch (InterruptedException e) {                    e.printStackTrace();                } finally {                    lockA.unlock(); // 释放锁                    System.out.println("线程 1:释放锁 A.");                }            }            // 等待一秒再继续执行            try {                Thread.sleep(1000);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }    }}

以上程序的执行结果如下:

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