什么是线程死锁以及如何避免死锁

认识线程死锁

多个线程同时被阻塞，他们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止，最终导致死锁产生。

如下图所示，线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对方的资源，所以这两个线程就会因互相等待而进入死锁状态。

线程死锁示意图

下面通过一个例子来说明线程死锁，代码模拟了上图的死锁情况 (源于《并发编程之美》)：

public class DeadLockDemo {

    private static Object resource1 = new Object();//资源 1
    private static Object resource2 = new Object();//资源 2

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 1").start();

        new Thread(() -> {
            synchronized (resource2) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                }
            }
        }, "线程 2").start();
    }
}

Output：

Thread[线程 1,5,main]get resource1
Thread[线程 2,5,main]get resource2
Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
Thread[线程 2,5,main]waiting get resource1

线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁，然后执行 Thread.sleep(1000); ，让线程 A 休眠 1s 是为了让线程 B 得到执行，然后获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束后，都开始企图请求对方获取到的资源，然后这两个线程就会陷入互相等待的状态，这也就产生了死锁。上面的例子同时符合产生死锁的四个必要条件：

学过操作系统的朋友都知道，产生死锁必须具备以下四个条件：

1. 互斥条件：该资源任意一个时刻只由一个线程占用；
2. 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源持有不释放；
3. 不剥夺条件：线程已获得的资源，在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源；
4. 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

如何避免线程死锁

同理，只要任意破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了：

1. 破坏互斥条件

该条件没有办法破坏，因为用锁的意义本来就是想让他们互斥的（临界资源需要互斥访问）；

2. 破坏请求与保持条件

一次性申请所有的资源；

3. 破坏不剥夺条件

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；

4. 破坏循环等待条件

靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放。

对线程 2 的代码修改成下面这样，就不会产生死锁了：

        new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 2").start();

Output：

Thread[线程 1,5,main]get resource1
Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
Thread[线程 1,5,main]get resource2
Thread[线程 2,5,main]get resource1
Thread[线程 2,5,main]waiting get resource2
Thread[线程 2,5,main]get resource2

Process finished with exit code 0

我们分析一下上面的代码为什么能避免死锁的发生?

线程 1 首先获取得到 resource1 的监视器锁，这时候线程 2 就获取不到了；然后线程 1 再去获取 resource2 的监视器锁，可以获取到；再然后线程 1 释放了对 resource1、resource2 的监视器锁的占用，线程 2 获取到就可以执行了；这样就破坏了循环等待条件，因此避免了死锁。