死锁的3种死法
1. 什么是死锁
在多线程环境中，多个进程可以竞争有限数量的资源。当一个进程申请资源时，如果这时没有可用资源，那么这个进程进入等待状态。有时，如果所申请的资源被其他等待进程占有，那么该等待进程有可能再也无法改变状态。这种情况称为死锁
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在Java中使用多线程，就会有可能导致死锁问题。死锁会让程序一直卡住，不再往下执行。我们只能通过中止并重启的方式来让程序重新执行。
2. 造成死锁的原因
- 当前线程拥有其他线程需要的资源
- 当前线程等待其他线程已拥有的资源
- 都不放弃自己拥有的资源
3. 死锁的必要条件
3.1 互斥
进程要求对所分配的资源（如打印机）进行排他性控制，即在一段时间内某资源仅为一个进程所占有。此时若有其他进程请求该资源，则请求进程只能等待。
3.2 不可剥夺
进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他进程强行夺走，即只能由获得该资源的进程自己来释放（只能是主动释放)。
3.3 请求与保持
进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。
3.4 循环等待
是指进程发生死锁后，必然存在一个进程–资源之间的环形链，通俗讲就是你等我的资源，我等你的资源，大家一直等。
4. 死锁的分类
4.1 静态顺序型死锁
线程之间形成相互等待资源的环时，就会形成顺序死锁lock-ordering deadlock，多个线程试图以不同的顺序来获取相同的锁时，容易形成顺序死锁，如果所有线程以固定的顺序来获取锁，就不会出现顺序死锁问题
经典案例是LeftRightDeadlock，两个方法，分别是leftRigth、rightLeft。如果一个线程调用leftRight，另一个线程调用rightLeft，且两个线程是交替执行的，就会发生死锁。
public class LeftRightDeadLock {
//左边锁
private static Object left = new Object();
//右边锁
private static Object right = new Object();
/**
* 现持有左边的锁，然后获取右边的锁
*/
public static void leftRigth() {
synchronized (left) {
System.out.println("leftRigth: left lock，threadId:" + Thread.currentThread().getId());
//休眠增加死锁产生的概率
sleep(100);
synchronized (right) {
System.out.println("leftRigth: right lock，threadId:" + Thread.currentThread().getId());
}
}
}
/**
* 现持有右边的锁，然后获取左边的锁
*/
public static void rightLeft() {
synchronized (right) {
System.out.println("rightLeft: right lock，threadId:" + Thread.currentThread().getId());
//休眠增加死锁产生的概率
sleep(100);
synchronized (left) {
System.out.println("rightLeft: left lock，threadId:" + Thread.currentThread().getId());
}
}
}
/**
* 休眠
*
* @param time
*/
private static void sleep(long time) {
try {
Thread.sleep(time);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建一个线程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
executorService.execute(() -> leftRigth());
executorService.execute(() -> rightLeft());
executorService.shutdown();
}
}
输出：
leftRigth: left lock，threadId:12
rightLeft: right lock，threadId:13
我们发现，12号线程锁住了左边要向右边获取锁，13号锁住了右边，要向左边获取锁，因为两边都不释放自己的锁，互不相让，就产生了死锁。
4.1.1 解决方案
固定加锁的顺序(针对锁顺序死锁)
只要交换下锁的顺序，让线程来了之后先获取同一把锁，获取不到就等待，等待上一个线程释放锁再获取锁。
public static void leftRigth() {
synchronized (left) {
...
synchronized (right) {
...
}
}
}
public static void rightLeft() {
synchronized (left) {
...
synchronized (right) {
...
}
}
}
4.2 动态锁顺序型死锁
由于方法入参由外部传递而来，方法内部虽然对两个参数按照固定顺序进行加锁，但是由于外部传递时顺序的不可控，而产生锁顺序造成的死锁，即动态锁顺序死锁。
上例告诉我们，交替的获取锁会导致死锁，且锁是固定的。有时候锁的执行顺序并不那么清晰，参数导致不同的执行顺序。经典案例是银行账户转账，from账户向to账户转账，在转账之前先获取两个账户的锁，然后开始转账，如果这是to账户向from账户转账，角色互换，也会导致锁顺序死锁。
/**
* 动态顺序型死锁
* 转账业务
*/
public class TransferMoneyDeadlock {
public static void transfer(Account from, Account to, int amount) {
//先锁住转账的账户
synchronized (from) {
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】获取【" + from.name + "】账户锁成功");
//休眠增加死锁产生的概率
sleep(100);
//在锁住目标账户
synchronized (to) {
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】获取【" + to.name + "】账户锁成功");
if (from.balance < amount) {
System.out.println("余额不足");
return;
} else {
from.debit(amount);
to.credit(amount);
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】从【" + from.name + "】账户转账到【" + to.name + "】账户【" + amount + "】元钱成功");
}
}
}
}
private static class Account {
String name;
int balance;
public Account(String name, int balance) {
this.name = name;
this.balance = balance;
}
void debit(int amount) {
this.balance = balance - amount;
}
void credit(int amount) {
this.balance = balance + amount;
}
}
/**
* 休眠
*
* @param time
*/
private static void sleep(long time) {
try {
Thread.sleep(time);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建线程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
//创建账户A
Account A = new Account("A", 100);
//创建账户B
Account B = new Account("B", 200);
//A -> B 的转账
executorService.execute(() -> transfer(A, B, 5));
//B -> A 的转账
executorService.execute(() -> transfer(B, A, 10));
executorService.shutdown();
}
}
输出：
线程【12】获取【A】账户锁成功
线程【13】获取【B】账户锁成功
然后就没有然后了，产生了死锁，我们发现 因为对象的调用关系，产生了互相锁住资源的问题。
4.2.1 解决方案
根据传入对象的hashCode硬性确定加锁顺序，消除可变性，避免死锁。
package com.test.thread.deadlock;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 动态顺序型死锁解决方案
*/
public class TransferMoneyDeadlock {
/**
* 监视器，第三把锁，为了方式HASH冲突
*/
private static Object lock = new Object();
/**
* 我们经过上一次得失败，明白了不能依赖参数名称简单的确定锁的顺序，因为参数是
* 具有动态性的，所以，我们改变一下思路，直接根据传入对象的hashCode()大小来
* 对锁定顺序进行排序(这里要明白的是如何排序不是关键，有序才是关键)。
*
* @param from
* @param to
* @param amount
*/
public static void transfer(Account from, Account to, int amount) {
/**
* 这里需要说明一下为什么不使用HashCode()因为HashCode方法可以被重写，
* 所以，我们无法简单的使用父类或者当前类提供的简单的hashCode()方法，
* 所以，我们就使用系统提供的identityHashCode()方法，该方法保证无论
* 你是否重写了hashCode方法，都会在虚拟机层面上调用一个名为JVM_IHashCode
* 的方法来根据对象的存储地址来获取该对象的hashCode(),HashCode如果不重写
* 的话，其实也是通过这个虚拟机层面上的方法，JVM_IHashCode()方法实现的
* 这个方法是用C++实现的。
*/
int fromHash = System.identityHashCode(from);
int toHash = System.identityHashCode(to);
if (fromHash > toHash) {
//先锁住转账的账户
synchronized (from) {
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】获取【" + from.name + "】账户锁成功");
//休眠增加死锁产生的概率
sleep(100);
//在锁住目标账户
synchronized (to) {
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】获取【" + to.name + "】账户锁成功");
if (from.balance < amount) {
System.out.println("余额不足");
return;
} else {
from.debit(amount);
to.credit(amount);
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】从【" + from.name + "】账户转账到【" + to.name + "】账户【" + amount + "】元钱成功");
}
}
}
} else if (fromHash < toHash) {
//先锁住转账的账户
synchronized (to) {
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】获取【" + from.name + "】账户锁成功");
//休眠增加死锁产生的概率
sleep(100);
//在锁住目标账户
synchronized (from) {
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】获取【" + to.name + "】账户锁成功");
if (from.balance < amount) {
System.out.println("余额不足");
return;
} else {
from.debit(amount);
to.credit(amount);
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】从【" + from.name + "】账户转账到【" + to.name + "】账户【" + amount + "】元钱成功");
}
}
}
} else {
//如果传入对象的Hash值相同，那就加让加第三层锁
synchronized (lock) {
//先锁住转账的账户
synchronized (from) {
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】获取【" + from.name + "】账户锁成功");
//休眠增加死锁产生的概率
sleep(100);
//在锁住目标账户
synchronized (to) {
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】获取【" + to.name + "】账户锁成功");
if (from.balance < amount) {
System.out.println("余额不足");
return;
} else {
from.debit(amount);
to.credit(amount);
System.out.println("线程【" + Thread.currentThread().getId() + "】从【" + from.name + "】账户转账到【" + to.name + "】账户【" + amount + "】元钱成功");
}
}
}
}
}
}
private static class Account {
String name;
int balance;
public Account(String name, int balance) {
this.name = name;
this.balance = balance;
}
void debit(int amount) {
this.balance = balance - amount;
}
void credit(int amount) {
this.balance = balance + amount;
}
}
/**
* 休眠
*
* @param time
*/
private static void sleep(long time) {
try {
Thread.sleep(time);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public static void main(String[] args) {
//创建线程池
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
//创建账户A
Account A = new Account("A", 100);
//创建账户B
Account B = new Account("B", 200);
//A -> B 的转账
executorService.execute(() -> transfer(A, B, 5));
//B -> A 的转账
executorService.execute(() -> transfer(B, A, 10));
executorService.shutdown();
}
}
输出
线程【12】获取【A】账户锁成功
线程【12】获取【B】账户锁成功
线程【12】从【A】账户转账到【B】账户【5】元钱成功
线程【13】获取【B】账户锁成功
线程【13】获取【A】账户锁成功
线程【13】从【B】账户转账到【A】账户【10】元钱成功
4.3 协作对象间的死锁
在协作对象之间可能存在多个锁获取的情况，但是这些获取多个锁的操作并不像在LeftRightDeadLock或transferMoney中那么明显，这两个锁并不一定必须在同一个方法中被获取。如果在持有锁时调用某个外部方法，那么这就需要警惕死锁问题，因为在这个外部方法中可能会获取其他锁，或者阻塞时间过长，导致其他线程无法及时获取当前被持有的锁。
上述两例中，在同一个方法中获取两个锁。实际上，锁并不一定在同一方法中被获取。经典案例，如出租车调度系统。
/**
* 协作对象间的死锁
*/
public class CoordinateDeadlock {
/**
* Taxi 类
*/
static class Taxi {
private String location;
private String destination;
private Dispatcher dispatcher;
public Taxi(Dispatcher dispatcher, String destination) {
this.dispatcher = dispatcher;
this.destination = destination;
}
public synchronized String getLocation() {
return this.location;
}
/**
* 该方法先获取Taxi的this对象锁后，然后调用Dispatcher类的方法时，又需要获取
* Dispatcher类的this方法。
*
* @param location
*/
public synchronized void setLocation(String location) {
this.location = location;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " taxi set location:" + location);
if (this.location.equals(destination)) {
dispatcher.notifyAvailable(this);
}
}
}
/**
* 调度类
*/
static class Dispatcher {
private Set taxis;
private Set availableTaxis;
public Dispatcher() {
taxis = new HashSet();
availableTaxis = new HashSet();
}
public synchronized void notifyAvailable(Taxi taxi) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " notifyAvailable.");
availableTaxis.add(taxi);
}
/**
* 打印当前位置：有死锁风险
* 持有当前锁的时候，同时调用Taxi的getLocation这个外部方法；而这个外部方法也是需要加锁的
* reportLocation的锁的顺序与Taxi的setLocation锁的顺序完全相反
*/
public synchronized void reportLocation() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " report location.");
for (Taxi t : taxis) {
t.getLocation();
}
}
public void addTaxi(Taxi taxi) {
taxis.add(taxi);
}
}
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
final Dispatcher dispatcher = new Dispatcher();
final Taxi taxi = new Taxi(dispatcher, "软件园");
dispatcher.addTaxi(taxi);
//先获取dispatcher锁，然后是taxi的锁
executorService.execute(() -> dispatcher.reportLocation());
//先获取taxi锁，然后是dispatcher的锁
executorService.execute(() -> taxi.setLocation("软件园"));
executorService.shutdown();
}
}
4.3.1 解决方案
使用开放调用，开放调用指调用该方法不需要持有锁。
开放调用，是指在调用某个方法时不需要持有锁。开放调用可以避免死锁，这种代码更容易编写。上述调度算法完全可以修改为开发调用，修改同步代码块的范围，使其仅用于保护那些涉及共享状态的操作，避免在同步代码块中执行方法调用。修改Dispatcher的reportLocation方法：
4.3.1.1 setLocation方法
/**
* 开放调用，不持有锁期间进行外部方法调用
*
* @param location
*/
public void setLocation(String location) {
synchronized (this) {
this.location = location;
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " taxi set location:" + location);
if (this.location.equals(destination)) {
dispatcher.notifyAvailable(this);
}
}
4.3.1.2 reportLocation 方法
/**
* 同步块只包含对共享状态的操作代码
*/
public synchronized void reportLocation() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " report location.");
Set taxisCopy;
synchronized (this) {
taxisCopy = new HashSet(taxis);
}
for (Taxi t : taxisCopy) {
t.getLocation();
}
}
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