Java 死锁解决方案顺序锁和轮询锁
作者： Java中文社群
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：
从上述结果可以看出，以上代码也没有出现死锁的问题。
总结
本文介绍了解决死锁的 2 种方案：
- 第 1 种顺序锁：通过改变获取锁的顺序也就打破“环路请求条件”来避免死锁问题的发生；
- 第 2 种轮询锁：通过轮询的方式也就是打破“请求和拥有条件”来解决死锁问题。它的实现思路是，通过自旋的方式来尝试获取锁，在获取锁的途中，如果有任何一个锁获取失败，则释放之前获取的所有锁，等待一段时间之后再次执行之前的流程，这样就避免一个锁一直（被一个线程）占用的尴尬了，从而避免了死锁问题。
到此这篇关于Java 死锁终解决方案顺序锁和轮询锁的文章就介绍到这了,更多相关Java 死锁方案内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！