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1.3w字，一文详解死锁！（下篇）
梦叶草789
发布于 2023-8-18 14:57
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4.3 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;
publicclass 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();
}
}
}
}- 1.
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- 79.
以上程序的执行结果如下：
从上述结果可以看出，以上代码也没有出现死锁的问题。
4.4 轮询锁优化
使用轮询锁虽然可以解决死锁的问题，但并不是完美无缺的，比如以下这些问题。
4.4.1 问题1：死循环
以上简易版的轮询锁，如果遇到有一个线程一直霸占或者长时间霸占锁资源的情况，就会导致这个轮询锁进入死循环的状态，它会尝试一直获取锁资源，这样就会造成新的问题，带来不必要的性能开销，具体示例如下。
反例
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
publicclass 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 {
// 如果此处代码未执行，线程 2 一直未释放锁资源
// lockB.unlock();
}
}
});
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();
}
}
}
}- 1.
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以上代码的执行结果如下：
从上述结果可以看出，线程 1 轮询锁进入了死循环的状态。
优化版
针对以上死循环的情况，我们可以改进的思路有以下两种：
- 添加最大次数限制：如果经过了 n 次尝试获取锁之后，还未获取到锁，则认为获取锁失败，执行失败策略之后终止轮询（失败策略可以是记录日志或其他操作）；
- 添加最大时长限制：如果经过了 n 秒尝试获取锁之后，还未获取到锁，则认为获取锁失败，执行失败策略之后终止轮询。
以上策略任选其一就可以解决死循环的问题，出于实现成本的考虑，我们可以采用轮询最大次数的方式来改进轮询锁，具体实现代码如下：
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
publicclass 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, 3);
}
});
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 {
// 线程 2 忘记释放锁资源
// lockB.unlock(); // 释放锁
}
}
});
t2.start(); // 运行线程
}
/**
* 轮询锁
*
* maxCount：最大轮询次数
*/
public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount){
// 轮询次数计数器
int count = 0;
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.");
}
}
// 判断是否已经超过最大次数限制
if (count++ > maxCount) {
// 终止循环
System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其他失败策略");
return;
}
// 等待一秒再继续尝试获取锁
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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以上代码的执行结果如下：
从以上结果可以看出，当我们改进之后，轮询锁就不会出现死循环的问题了，它会尝试一定次数之后终止执行。
4.4.2 问题2：线程饿死
我们以上的轮询锁的轮询等待时间是固定时间，如下代码所示：
// 等待 1s 再尝试获取（轮询）锁
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}- 1.
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这样在特殊情况下会造成线程饿死的问题，也就是轮询锁一直获取不到锁的问题，比如以下示例。
反例
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
publicclass 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, 3);
}
});
t1.start(); // 运行线程
// 创建线程 2
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run(){
while (true) {
lockB.lock(); // 加锁
System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");
try {
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
}
} finally {
lockB.unlock(); // 释放锁
}
// 等待一秒之后继续执行
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
t2.start(); // 运行线程
}
/**
* 轮询锁
*/
public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount){
// 循环次数计数器
int count = 0;
while (true) {
if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁
System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");
try {
Thread.sleep(100); // 等待 0.1s(获取锁需要的时间)
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.");
}
}
// 判断是否已经超过最大次数限制
if (count++ > maxCount) {
// 终止循环
System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其他失败策略");
return;
}
// 等待一秒再继续尝试获取锁
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}- 1.
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以上代码的执行结果如下：
从上述结果可以看出，线程 1（轮询锁）一直未成功获取到锁，造成这种结果的原因是：线程 1 每次轮询的等待时间为固定的 1s，而线程 2 也是相同的频率，每 1s 获取一次锁，这样就会导致线程 2 会一直先成功获取到锁，而线程 1 则会一直处于“饿死”的情况，执行流程如下图所示：
优化版
接下来，我们可以将轮询锁的固定等待时间，改进为固定时间 + 随机时间的方式，这样就可以避免因为获取锁的频率一致，而造成轮询锁“饿死”的问题了，具体实现代码如下：
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
publicclass SolveDeadLockExample {
privatestatic Random rdm = new Random();
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, 3);
}
});
t1.start(); // 运行线程
// 创建线程 2
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run(){
while (true) {
lockB.lock(); // 加锁
System.out.println("线程 2:获取到锁 B!");
try {
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
}
} finally {
lockB.unlock(); // 释放锁
}
// 等待一秒之后继续执行
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
t2.start(); // 运行线程
}
/**
* 轮询锁
*/
public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount){
// 循环次数计数器
int count = 0;
while (true) {
if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁
System.out.println("线程 1:获取到锁 A!");
try {
Thread.sleep(100); // 等待 0.1s(获取锁需要的时间)
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.");
}
}
// 判断是否已经超过最大次数限制
if (count++ > maxCount) {
// 终止循环
System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其他失败策略");
return;
}
// 等待一定时间(固定时间 + 随机时间)之后再继续尝试获取锁
try {
Thread.sleep(300 + rdm.nextInt(8) * 100); // 固定时间 + 随机时间
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
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- 62.
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- 65.
- 66.
- 67.
- 68.
- 69.
- 70.
- 71.
- 72.
- 73.
- 74.
- 75.
- 76.
- 77.
- 78.
- 79.
- 80.
- 81.
- 82.
- 83.
- 84.
- 85.
- 86.
- 87.
- 88.
- 89.
- 90.
- 91.
- 92.
- 93.
- 94.
- 95.
- 96.
以上代码的执行结果如下：
从上述结果可以看出，线程 1（轮询锁）加入随机等待时间之后就不会出现线程饿死的问题了。
5.总结
本文介绍了死锁的概念，以及产生死锁的 4 个条件，排查死锁可以通过本文提供的 4 种工具中的任意一种来检测，从易用性和性能方面来考虑，推荐使用 jconsole 或 jvisualvm，最后我们介绍了死锁问题的两种解决方案：顺序锁和轮询锁。
---END---
文章转载自公众号：Java中文社群
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已于2023-8-18 14:57:56修改
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