Java 死锁与破解死锁

锁和被保护资源之间的关系
我们把一段需要互斥执行的代码称为临界区。线程在进入临界区之前,首先尝试加锁 lock(),如果成功,则进入临界区,此时我们称这个线程持有锁;否则呢就等待,直到持有锁的线程解锁;持有锁的线程执行完临界区的代码后,执行解锁 unlock()。这样理解本身没有问题,但却很容易让我们忽视两个非常非常重要的点:我们锁的是什么?我们保护的又是什么?

我们知道在现实世界里,锁和锁要保护的资源是有对应关系的,比如你用你家的锁保护你家的东西,我用我家的锁保护我家的东西。在并发编程世界里,锁和资源也应该有这个关系,因此,一个好的锁模型如下图所示。
Java 死锁与破解死锁_第1张图片
受保护资源和锁之间的关联关系非常重要,他们的关系是怎样的呢?一个合理的关系是: 受保护资源和锁之间的关联关系是 N:1 的关系 。

死锁
一组互相竞争资源的线程因互相等待,导致“永久”阻塞的现象。
只有以下这四个条件都发生时才会出现死锁:

1、互斥,共享资源 X 和 Y 只能被一个线程占用;
2、占有且等待,线程 T1 已经取得共享资源 X,在等待共享资源 Y 的时候,不释放共享资源 X;
3、不可抢占,其他线程不能强行抢占线程 T1 占有的资源;
4、循环等待,线程 T1 等待线程 T2 占有的资源,线程 T2 等待线程 T1 占有的资源,就是循环等待。

只要我们破坏其中一个,就可以成功避免死锁的发生。

其中,互斥这个条件我们没有办法破坏,因为我们用锁为的就是互斥。不过其他三个条件都是有办法破坏掉的,到底如何做呢?
对于“占用且等待”这个条件,我们可以一次性申请所有的资源,这样就不存在等待了。
对于“不可抢占”这个条件,占用部分资源的线程进一步申请其他资源时,如果申请不到,可以主动释放它占有的资源,这样不可抢占这个条件就破坏掉了。
对于“循环等待”这个条件,可以靠按序申请资源来预防。所谓按序申请,是指资源是有线性顺序的,申请的时候可以先申请资源序号小的,再申请资源序号大的,这样线性化后自然就不存在循环了。

synchronized 实现等待 - 通知机制
在 Java 语言里,等待 - 通知机制可以有多种实现方式,比如 Java 语言内置的 synchronized 配合 wait()、notify()、notifyAll() 这三个方法就能轻松实现。
notify() 是会随机地通知等待队列中的一个线程,而 notifyAll() 会通知等待队列中的所有线程。从感觉上来讲,应该是 notify() 更好一些,因为即便通知所有线程,也只有一个线程能够进入临界区。但那所谓的感觉往往都蕴藏着风险,实际上使用 notify() 也很有风险,它的风险在于可能导致某些线程永远不会被通知到。

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