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死锁终结者:顺序锁和轮询锁!

  • 2021 年 11 月 12 日
  • 本文字数:2470 字

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} 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:


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从上述结果可以看出,此时程序中出现了线程相互等待,并尝试获取对方(锁)资源的情况,这就是典型的死锁问题了。


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!");

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