多线程之死锁就是这么简单

前言

只有光头才能变强
回顾前面：

ThreadLocal就是这么简单
多线程三分钟就可以入个门了！
多线程基础必要知识点！看了学习多线程事半功倍
Java锁机制了解一下
AQS简简单单过一遍
Lock锁子类了解一下
线程池你真不来了解一下吗？
本篇主要是讲解死锁，这是我在多线程的最后一篇了。主要将多线程的基础过一遍，以后有机会再继续深入！

死锁是在多线程中也是比较重要的知识点了！

那么接下来就开始吧，如果文章有错误的地方请大家多多包涵，不吝在评论区指正哦~

声明：本文使用JDK1.8

一、死锁讲解

在Java中使用多线程，就会有可能导致死锁问题。死锁会让程序一直卡住，不再程序往下执行。我们只能通过中止并重启的方式来让程序重新执行。

这是我们非常不愿意看到的一种现象，我们要尽可能避免死锁的情况发生！
造成死锁的原因可以概括成三句话：
当前线程拥有其他线程需要的资源
当前线程等待其他线程已拥有的资源
都不放弃自己拥有的资源
1.1锁顺序死锁

首先我们来看一下最简单的死锁(锁顺序死锁)是怎么样发生的：

public class LeftRightDeadlock {    private final Object left = new Object();    private final Object right = new Object();    public void leftRight() {        // 得到left锁        synchronized (left) {            // 得到right锁            synchronized (right) {                doSomething();            }        }    }    public void rightLeft() {        // 得到right锁        synchronized (right) {            // 得到left锁            synchronized (left) {                doSomethingElse();            }        }    }}

我们的线程是交错执行的，那么就很有可能出现以下的情况：

线程A调用leftRight()方法，得到left锁
同时线程B调用rightLeft()方法，得到right锁
线程A和线程B都继续执行，此时线程A需要right锁才能继续往下执行。此时线程B需要left锁才能继续往下执行。
但是：线程A的left锁并没有释放，线程B的right锁也没有释放。
所以他们都只能等待，而这种等待是无期限的-->永久等待-->死锁
1.2动态锁顺序死锁

我们看一下下面的例子，你认为会发生死锁吗？

    // 转账    public static void transferMoney(Account fromAccount,                                     Account toAccount,                                     DollarAmount amount)            throws InsufficientFundsException {        // 锁定汇账账户        synchronized (fromAccount) {            // 锁定来账账户            synchronized (toAccount) {                // 判余额是否大于0                if (fromAccount.getBalance().compareTo(amount) < 0) {                    throw new InsufficientFundsException();                } else {                    // 汇账账户减钱                    fromAccount.debit(amount);                    // 来账账户增钱                    toAccount.credit(amount);                }            }        }    }

上面的代码看起来是没有问题的：锁定两个账户来判断余额是否充足才进行转账！

但是，同样有可能会发生死锁：

如果两个线程同时调用transferMoney()
线程A从X账户向Y账户转账
线程B从账户Y向账户X转账
那么就会发生死锁。

A:transferMoney(myAccount,yourAccount,10);B:transferMoney(yourAccount,myAccount,20);

1.3协作对象之间发生死锁

我们来看一下下面的例子：

public class CooperatingDeadlock {    // Warning: deadlock-prone!    class Taxi {        @GuardedBy("this") private Point location, destination;        private final Dispatcher dispatcher;        public Taxi(Dispatcher dispatcher) {            this.dispatcher = dispatcher;        }        public synchronized Point getLocation() {            return location;        }        // setLocation 需要Taxi内置锁        public synchronized void setLocation(Point location) {            this.location = location;            if (location.equals(destination))                // 调用notifyAvailable()需要Dispatcher内置锁                dispatcher.notifyAvailable(this);        }        public synchronized Point getDestination() {            return destination;        }        public synchronized void setDestination(Point destination) {            this.destination = destination;        }    }    class Dispatcher {        @GuardedBy("this") private final Set<Taxi> taxis;        @GuardedBy("this") private final Set<Taxi> availableTaxis;        public Dispatcher() {            taxis = new HashSet<Taxi>();            availableTaxis = new HashSet<Taxi>();        }        public synchronized void notifyAvailable(Taxi taxi) {            availableTaxis.add(taxi);        }        // 调用getImage()需要Dispatcher内置锁        public synchronized Image getImage() {            Image image = new Image();            for (Taxi t : taxis)                // 调用getLocation()需要Taxi内置锁                image.drawMarker(t.getLocation());            return image;        }    }    class Image {        public void drawMarker(Point p) {        }    }}

上面的getImage()和setLocation(Point location)都需要获取两个锁的

并且在操作途中是没有释放锁的
这就是隐式获取两个锁(对象之间协作)..

这种方式也很容易就造成死锁…..

二、避免死锁的方法

避免死锁可以概括成三种方法：

固定加锁的顺序(针对锁顺序死锁)
开放调用(针对对象之间协作造成的死锁)
使用定时锁-->tryLock()
如果等待获取锁时间超时，则抛出异常而不是一直等待！
2.1固定锁顺序避免死锁

上面transferMoney()发生死锁的原因是因为加锁顺序不一致而出现的~

正如书上所说的：如果所有线程以固定的顺序来获得锁，那么程序中就不会出现锁顺序死锁问题！
那么上面的例子我们就可以改造成这样子：

public class InduceLockOrder {    // 额外的锁、避免两个对象hash值相等的情况(即使很少)    private static final Object tieLock = new Object();    public void transferMoney(final Account fromAcct,                              final Account toAcct,                              final DollarAmount amount)            throws InsufficientFundsException {        class Helper {            public void transfer() throws InsufficientFundsException {                if (fromAcct.getBalance().compareTo(amount) < 0)                    throw new InsufficientFundsException();                else {                    fromAcct.debit(amount);                    toAcct.credit(amount);                }            }        }        // 得到锁的hash值        int fromHash = System.identityHashCode(fromAcct);        int toHash = System.identityHashCode(toAcct);        // 根据hash值来上锁        if (fromHash < toHash) {            synchronized (fromAcct) {                synchronized (toAcct) {                    new Helper().transfer();                }            }        } else if (fromHash > toHash) {// 根据hash值来上锁            synchronized (toAcct) {                synchronized (fromAcct) {                    new Helper().transfer();                }            }        } else {// 额外的锁、避免两个对象hash值相等的情况(即使很少)            synchronized (tieLock) {                synchronized (fromAcct) {                    synchronized (toAcct) {                        new Helper().transfer();                    }                }            }        }    }}

得到对应的hash值来固定加锁的顺序，这样我们就不会发生死锁的问题了！

2.2开放调用避免死锁

在协作对象之间发生死锁的例子中，主要是因为在调用某个方法时就需要持有锁，并且在方法内部也调用了其他带锁的方法！

如果在调用某个方法时不需要持有锁，那么这种调用被称为开放调用！
我们可以这样来改造：
同步代码块最好仅被用于保护那些涉及共享状态的操作！

class CooperatingNoDeadlock {    @ThreadSafe    class Taxi {        @GuardedBy("this") private Point location, destination;        private final Dispatcher dispatcher;        public Taxi(Dispatcher dispatcher) {            this.dispatcher = dispatcher;        }        public synchronized Point getLocation() {            return location;        }        public synchronized void setLocation(Point location) {            boolean reachedDestination;            // 加Taxi内置锁            synchronized (this) {                this.location = location;                reachedDestination = location.equals(destination);            }            // 执行同步代码块后完毕，释放锁            if (reachedDestination)                // 加Dispatcher内置锁                dispatcher.notifyAvailable(this);        }        public synchronized Point getDestination() {            return destination;        }        public synchronized void setDestination(Point destination) {            this.destination = destination;        }    }    @ThreadSafe    class Dispatcher {        @GuardedBy("this") private final Set<Taxi> taxis;        @GuardedBy("this") private final Set<Taxi> availableTaxis;        public Dispatcher() {            taxis = new HashSet<Taxi>();            availableTaxis = new HashSet<Taxi>();        }        public synchronized void notifyAvailable(Taxi taxi) {            availableTaxis.add(taxi);        }        public Image getImage() {            Set<Taxi> copy;            // Dispatcher内置锁            synchronized (this) {                copy = new HashSet<Taxi>(taxis);            }            // 执行同步代码块后完毕，释放锁            Image image = new Image();            for (Taxi t : copy)                // 加Taix内置锁                image.drawMarker(t.getLocation());            return image;        }    }    class Image {        public void drawMarker(Point p) {        }    }}

使用开放调用是非常好的一种方式，应该尽量使用它~

2.3使用定时锁

使用显式Lock锁，在获取锁时使用tryLock()方法。当等待超过时限的时候，tryLock()不会一直等待，而是返回错误信息。

使用tryLock()能够有效避免死锁问题~~

2.4死锁检测

虽然造成死锁的原因是因为我们设计得不够好，但是可能写代码的时候不知道哪里发生了死锁。

JDK提供了两种方式来给我们检测：

JconsoleJDK自带的图形化界面工具，使用JDK给我们的的工具JConsole
Jstack是JDK自带的命令行工具，主要用于线程Dump分析。
具体可参考：

https://www.cnblogs.com/flyingeagle/articles/6853167.html

三、总结

发生死锁的原因主要由于：

线程之间交错执行
解决：以固定的顺序加锁
执行某方法时就需要持有锁，且不释放
解决：缩减同步代码块范围，最好仅操作共享变量时才加锁
永久等待
解决：使用tryLock()定时锁，超过时限则返回错误信息
在操作系统层面上看待死锁问题(这是我之前做的笔记、很浅显)：
操作系统第五篇【死锁】
参考资料：
《Java核心技术卷一》
《Java并发编程实战》
《计算机操作系统汤小丹》
如果文章有错的地方欢迎指正，大家互相交流。习惯在微信看技术文章，想要获取更多的Java资源的同学，可以关注微信公众号:Java3y。为了大家方便，刚新建了一下qq群：742919422，大家也可以去交流交流。谢谢支持了！希望能多介绍给其他有需要的朋友

文章的目录导航：

https://zhongfucheng.bitcron.com/post/shou-ji/wen-zhang-dao-hang

前言

一、死锁讲解

1.1锁顺序死锁

1.2动态锁顺序死锁

1.3协作对象之间发生死锁

二、避免死锁的方法

2.1固定锁顺序避免死锁

2.2开放调用避免死锁

2.3使用定时锁

2.4死锁检测

三、总结

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