深入理解Java中的死锁：条件与避免策略

目录

1. 引言

2. 死锁的产生条件

2.1 互斥条件

2.2 请求与保持条件

2.3 不剥夺条件

2.4 环路等待条件

3. 示例：Java中的死锁

4. 如何避免死锁

4.1 加锁顺序

4.2 使用tryLock()

4.3 使用Lock和Condition

5. 结论

---

1. 引言

在多线程编程中，死锁是一种常见但危险的问题。当两个或多个线程互相等待对方释放资源时，可能发生死锁，导致程序陷入无法继续执行的状态。本篇博客将深入讨论在Java中产生死锁的条件，并介绍一些常见的死锁避免策略。

2. 死锁的产生条件

死锁通常需要满足四个条件，称为死锁的必要条件：

2.1 互斥条件

至少有一个资源是不可共享的，只能由一个线程占用。如果一个线程已经占用了该资源，其他线程必须等待。

2.2 请求与保持条件

一个线程持有至少一个资源，并请求获取其他线程持有的资源。同时，线程不会释放自己已经持有的资源。

2.3 不剥夺条件

线程已经获得的资源在未使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只能由持有该资源的线程自行释放。

2.4 环路等待条件

存在一个等待线程序列，其中每个线程都在等待前一个线程持有的资源。形成一个等待资源的循环链。

3. 示例：Java中的死锁

让我们通过一个简单的Java代码示例来演示死锁的产生：

public class DeadlockExample {

    private final Object resource1 = new Object();
    private final Object resource2 = new Object();

    public void method1() {
        synchronized (resource1) {
            System.out.println("Thread 1: Holding resource 1");

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            synchronized (resource2) {
                System.out.println("Thread 1: Holding resource 1 and resource 2");
            }
        }
    }

    public void method2() {
        synchronized (resource2) {
            System.out.println("Thread 2: Holding resource 2");

            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            synchronized (resource1) {
                System.out.println("Thread 2: Holding resource 2 and resource 1");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        DeadlockExample deadlockExample = new DeadlockExample();

        // 创建两个线程，模拟资源竞争
        new Thread(deadlockExample::method1).start();
        new Thread(deadlockExample::method2).start();
    }
}

在上述代码中，两个线程分别尝试获取resource1和resource2，并在持有一个资源的同时请求另一个资源，容易导致死锁。

4. 如何避免死锁

为了避免死锁，我们可以采用以下策略：

4.1 加锁顺序

确保所有线程按照相同的顺序获得锁。这可以减少死锁的可能性。

// 修改method1和method2中的锁的获取顺序
public void method1() {
    synchronized (resource1) {
        System.out.println("Thread 1: Holding resource 1");

        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        synchronized (resource2) {
            System.out.println("Thread 1: Holding resource 1 and resource 2");
        }
    }
}

public void method2() {
    synchronized (resource1) {
        System.out.println("Thread 2: Holding resource 1");

        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        synchronized (resource2) {
            System.out.println("Thread 2: Holding resource 1 and resource 2");
        }
    }
}

4.2 使用tryLock()

使用tryLock()方法，它允许线程尝试获取锁而不阻塞。如果获取锁失败，线程可以选择等待一段时间再次尝试或执行其他操作。

public void method1() {
    if (Thread.holdsLock(resource1)) {
        System.out.println("Thread 1: Holding resource 1");
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        if (Thread.holdsLock(resource2)) {
            System.out.println("Thread 1: Holding resource 1 and resource 2");
        } else {
            if (Thread.holdsLock(resource2)) {
                if (Thread.holdsLock(resource1)) {
                    System.out.println("Thread 1: Holding resource 2 and resource 1");
                }
            }
        }
    }
}

public void method2() {
    if (Thread.holdsLock(resource2)) {
        System.out.println("Thread 2: Holding resource 2");
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        if (Thread.holdsLock(resource1)) {
            System.out.println("Thread 2: Holding resource 2 and resource 1");
        } else {
            if (Thread.holdsLock(resource1)) {
                if (Thread.holdsLock(resource2)) {
                    System.out.println("Thread 2: Holding resource 1 and resource 2");
                }
            }
        }
    }
}

4.3 使用Lock和Condition

使用java.util.concurrent.locks.Lock和java.util.concurrent.locks.Condition可以更灵活地控制锁的获取和释放。

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class DeadlockExampleWithLock {

    private final Lock lock1 = new ReentrantLock();
    private final Lock lock2 = new ReentrantLock();

    public void method1() {
        lock1.lock();
        System.out.println("Thread 1: Holding lock 1");

        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        lock2.lock();
        System.out.println("Thread 1: Holding lock 1 and lock 2");
        lock2.unlock();
        lock1.unlock();
    }

    public void method2() {
        lock2.lock();
        System.out.println("Thread 2: Holding lock 2");

        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        lock1.lock();
        System.out.println("Thread 2: Holding lock 2 and lock 1");
        lock1.unlock();
        lock2.unlock();
    }

    public static void main(String[] args) {
        DeadlockExampleWithLock deadlockExample = new DeadlockExampleWithLock();

        // 创建两个线程，模拟资源竞争
        new Thread(deadlockExample::method1).start();
        new Thread(deadlockExample::method2).start();
    }
}

以上就是一个使用Lock和Condition的例子，这种方式更加灵活，允许程序员更精细地控制锁的获取和释放。

5. 结论

死锁是多线程编程中一个常见但严重的问题。理解死锁产生的条件以及采取适当的避免策略对于确保程序的稳定性和可靠性至关重要。在Java中，通过合理设计锁的获取顺序、使用tryLock()以及采用Lock和Condition等手段，我们可以有效地预防死锁的发生。选择适当的策略取决于具体的应用场景和需求，程序员需要根据实际情况权衡各种因素来确保多线程程序的稳定性。