Java程序员-你真的了解死锁吗

Java程序员-你真的了解死锁吗

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"i need your breath"
作者：Mylvzi
文章主要内容:死锁的成因和必要条件
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一.什么是死锁

死锁：就是多个线程/进程因为相互等待而使得各自持有的资源无法继续执行，这就叫做死锁。
我们以可重入锁为例，引入今天要学习的死锁问题

二.可重入锁

1.概念

可重入锁指的是：一个线程针对同一把锁连续加锁两次，而不死锁，就说这个锁具有可重入性；反之，则不具有可重入性

synchronnized(locker) {
	// 对locker对象再次加锁
	synchronized(locker){}
	}

如果此时我们的锁不具有可重入性，则这个代码就会出现死锁的情况

2.Java的synchronized具有可重入性

被synchronized修饰的对象具有可重入性，也就是一个线程能够针对同一个对象连续加锁两次，而不发生死锁
之所以不会发生死锁 ，是因为锁会记录是被哪一个线程持有的，在下一次有线程尝试对该所进行加锁时，先判断该线程是否是持有该锁的线程，如果是，直接加锁成功，这样就避免了死锁的出现

3.释放锁的时机

synchronnized(locker) {
	// 对locker对象再次加锁
	synchronized(locker){
	}// 2处
	// ......未执行完的代码
	}

对于上述代码，在执行到2处的时候会unlock一次，但是需要释放整个锁吗？或者说能释放整个锁吗？答案显然是不能，因为该线程实际上还在持有这个锁，该线程还没有完全执行完毕，如果在2处直接释放锁，则其他线程就可以对该对象进行修改访问，出现线程安全问题，所以需要等到整个代码执行完毕才能释放锁
也就是说对于上述嵌套加锁的代码来说，无论加锁多少次，必须等到最外围结束才能释放锁

三.死锁常见的几种情况

1.一个线程 一把锁

一个线程连续对同一把锁加锁两次，如果是不可重入的，就会发生死锁(synchronized不会发生)

2.两个线程 两把锁

现在有两个线程t_A,t_B,还有两把锁locker1和lcoker2，先让t_A对locker1进行加锁，t_B对locker2加锁，保证两个线程各自持有一把锁；然后再让t_A对locker2加锁，t_B对locker1加锁，由于locker1和locker2都还没有被释放，且释放的条件是两个线程都被执行完毕，而要想执行完毕就必须对新的对象进行加锁，由于这种矛盾，导致两个线程都会一直处于阻塞状态，发生死锁

// 定义两个用于加锁的对象
private static Object locker1 = new Object();
private static Object locker2 = new Object();

// 创建两个线程
Thread t1 = new Thread(() -> {
	// 线程1对locker1进行加锁
	synchronized(locker1) {
		try {
                // sleep非常关键  必须先让两个线程都拥有一把锁，再去交叉加锁  这样才会发生死锁
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
		}

	// 线程1对locker2进行加锁
	synchronized(locker2) {
		System.out.println("t1 加锁locker2成功！！！")
})

Thread t2 = new Thread(() -> {
	// 线程2对locker2进行加锁
	synchronized(locker2) {
		try {
                // sleep非常关键  必须先让两个线程都拥有一把锁，再去交叉加锁  这样才会发生死锁
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
		}

	// 线程2对locker1进行加锁
	synchronized(locker1) {
		System.out.println("t2 加锁locker1成功！！！")
})

打印结果:

此时就发生了死锁，两个线程因为相互等待对方持有锁的释放而都处于阻塞状态，导致各自代码无法继续运行，产生死锁！！！

3.N个线程，M把锁

N个线程，M把锁的情况可以看作情况2的一个扩展，而对于这种情况的解释有一个很好的例子–哲学家就餐问题
现在有5个哲学家围在一个餐桌旁边，但是餐桌上只有5根筷子(不是5双筷子)，只有当一个哲学家拿到两根筷子的时候他才能就餐，对于每一个哲学家来说，他只干两件事：

1. 思考人生
2. 就餐

就餐规则如下：

1. 哲学家什么时候思考人生，什么时候就餐是随机的
2. 哲学家如果正在就餐，其结束就餐的时机是随机的
3. 当哲学家思考人生的时候，不会拿取一根筷子
4. 当哲学家就餐的时候，会拿起左右两侧的两根筷子

其写到这里大家其实也能发现，这里的哲学家就是线程，筷子就是锁

在一般情况下，每个哲学家就餐持有两个筷子的时候，如果其他哲学家也需要其中的一个筷子，则其他的哲学家就要阻塞等待，等待上一个哲学家就餐完毕，他才能使用，但是如果有那么一瞬间，每个哲学家同时都拿起了自己左侧的筷子，此时他们还无法就餐，因为他们还需要右侧的筷子，当他们去寻找右侧的筷子的时候，发现其他哲学家已经拿走了，那他就要等待持有右侧筷子的哲学家就餐完毕，但是每个哲学家因为都只有一根筷子，就都无法就餐完毕，导致每个哲学家都在循环等待，每个哲学家都处于阻塞状态，发生了死锁

综上，死锁其实就是一种bug，死锁的存在会导致线程的崩溃，资源的的浪费，那如何解决死锁呢？要想解决死锁，先要了解死锁形成的四个必要条件

四.死锁形成的四个必要条件

必要条件是指四个条件都满足，才会发生死锁，死锁形成的四个必要条件大致可以分为两部分

1. 锁的基本特性
2. 代码结构导致死锁出现

下面来看死锁形成的四个必要条件：

1. 互斥使用(锁的基本特性)：当一个线程已经拥有一个锁时，另一个线程也想要持有这个锁，就要阻塞等待
2. 不可强占(锁的基本特性)：当一个锁已经被一个线程持有时，其他线程无法强制强占该锁(总不能我正吃着饭你把我筷子抢走吧，那我吃啥！)
3. 请求保持(代码结构)：当一个线程已经持有一个锁的时候，尝试去持有另一个锁(t_A已经持有locker1了，还想持有locker2)这是典型的吃着碗里的，看着锅里的
4. 循环等待(代码结构)：每一个线程都在等待其他线程结束来使自己持有锁，等待形成了依赖关系（就是上面的哲学家就餐问题）

只有当上述四个条件都满足的时候才会发生死锁，所以说要想形成死锁，其实也是一件不简单的事~
那如何避免死锁呢？对于必要条件1，2来说，这是锁的基本特性，是由synchronized决定的，你无法更改，可以更改的条件只有3，4

对于3来说，我们可以尝试避免嵌套结构的出现，但是有些业务场景之下我们必须要进行嵌套的调用又该怎么办？其实，有一个方法可以很好的解决3，4这两种场景，即规定锁的使用顺序
比如对于3来说，我们规定每个线程获取锁的顺序是固定的，只能先获取locker1，再获取locker2，不能直接获取locker2，这样就避免了一个线程在持有锁的前提下再去持有其他锁

对于4来说，就相当于规定了哲学家拿取筷子的方式，比如只能拿哲学家左右两侧编号较小的筷子

五.总结

本文主要讲述了死锁的成因，由可重入锁引入什么是死锁，再讲述了死锁形成的三种常见情况，最后又讲述了死锁形成的四个必要条件–互斥使用，不可强占，请求等待，循环等待，欢迎大家补充，交流