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1.3w字，一文详解死锁！（上篇）
梦叶草789
发布于 2023-8-18 14:57
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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。
1.死锁演示
死锁的形成分为两个方面，一个是使用内置锁 synchronized 形成的死锁，另一种是使用显式锁 Lock 实现的死锁，接下来我们分别来看。
1.1 死锁 synchronized 版
publicclass 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(){
// 先获取锁 A
synchronized (lockA) {
System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 尝试获取锁 B
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(){
// 先获取锁 B
synchronized (lockB) {
System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 尝试获取锁 A
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 都在等待对方释放锁，这样就造成了死锁问题。
1.2 死锁 Lock 版
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
publicclass DeadLockByReentrantLockExample {
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
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run(){
lockA.lock(); // 加锁
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...");
lockB.lock(); // 加锁
try {
System.out.println("线程 1:获取到锁 B!");
} finally {
lockA.unlock(); // 释放锁
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lockA.unlock(); // 释放锁
}
}
});
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
}
}以上程序的执行结果如下：
2.死锁产生原因
通过以上示例，我们可以得出结论，要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。
只有以上 4 个条件同时满足，才会造成死锁问题。
3.死锁排查工具
如果程序出现死锁问题，可通过以下 4 种方案中的任意一种进行分析和排查。
3.1 jstack
我们在使用 jstack 之前，先要通过 jps 得到运行程序的进程 ID，使用方法如下：
“jps -l”可以查询本机所有的 Java 程序，jps（Java Virtual Machine Process Status Tool）是 Java 提供的一个显示当前所有 Java 进程 pid 的命令，适合在 linux/unix/windows 平台上简单查看当前 Java 进程的一些简单情况，“-l”用于输出进程 pid 和运行程序完整路径名（包名和类名）。
有了进程 ID（PID）之后，我们就可以使用“jstack -l PID”来发现死锁问题了，如下图所示：
jstack 用于生成 Java 虚拟机当前时刻的线程快照，“-l”表示长列表（long），打印关于锁的附加信息。
PS：可以使用 jstack -help 查看更多命令使用说明。
3.2 jconsole
使用 jconsole 需要打开 JDK 的 bin 目录，找到 jconsole 并双击打开，如下图所示：
然后选择要调试的程序，如下图所示：
之后点击连接进入，选择“不安全的连接”进入监控主页，如下图所示：
之后切换到“线程”模块，点击“检测死锁”按钮，如下图所示：
之后稍等片刻就会检测出死锁的相关信息，如下图所示：
3.3 jvisualvm
jvisualvm 也在 JDK 的 bin 目录中，同样是双击打开：
稍等几秒之后，jvisualvm 中就会出现本地的所有 Java 程序，如下图所示：
双击选择要调试的程序：
单击鼠标进入“线程”模块，如下图所示：
从上图可以看出，当我们切换到线程一栏之后就会直接显示出死锁信息，之后点击“线程 Dump”生成死锁的详情信息，如下图所示：
3.4 jmc
jmc 是 Oracle Java Mission Control 的缩写，是一个对 Java 程序进行管理、监控、概要分析和故障排查的工具套件。它也是在 JDK 的 bin 目录中，同样是双击启动，如下图所示：
jmc 主页信息如下：
之后选中要排查的程序，右键“启动 JMX 控制台”查看此程序的详细内容，如下图所示：
然后点击“线程”，勾中“死锁检测”就可以发现死锁和死锁的详情信息，如下图所示：
4.死锁解决方案
4.1 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。
4.2 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：
publicclass 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。
文章转载自公众号：Java中文社群
分类
已于2023-8-18 14:57:01修改
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