Java并发编程实战 04死锁了怎么办?

Java并发编程系列:04死锁了怎么办?

Java并发编程文章系列

Java并发编程实战 01并发编程的Bug源头
Java并发编程实战 02Java如何解决可见性和有序性问题
Java并发编程实战 03互斥锁 解决原子性问题

前提

在第三篇文章最后的例子当中,需要获取到两个账户的锁后进行转账操作,这种情况有可能会发生死锁,我把上一章的代码片段放到下面:

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public class Account {
// 余额
private Long money;
public synchronized void transfer(Account target, Long money) {
synchronized(this) { (1)
synchronized (target) { (2)
this.money -= money;
if (this.money < 0) {
// throw exception
}
target.money += money;
}
}
}
}

账户A转账给账户B100元,账户B同时也转账给账户A100元,当账户A转帐的线程A执行到了代码(1)处时,获取到了账户A对象的锁,同时账户B转账的线程B也执行到了代码(1)处时,获取到了账户B对象的锁。当线程A和线程B执行到了代码(2)处时,他们都在互相等待对方释放锁来获取,可是synchronized是阻塞锁,没有执行完代码块是不会释放锁的,就这样,线程A和线程B死死的对着,谁也不放过谁。等到了你去重启应用的那一天。。。这个现象就是死锁
死锁的定义: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。
如下图:
死锁1.jpg

查找死锁信息

这里我先以一个基本会发生死锁的程序为例,创建两个线程,线程A获取到锁A后,休眠1秒后去获取锁B;线程B获取到锁B后 ,休眠1秒后去获取锁A。那么这样基本都会发生死锁的现象,代码如下:

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public class DeadLock extends Thread {
private String first;
private String second;
public DeadLock(String name, String first, String second) {
super(name); // 线程名
this.first = first;
this.second = second;
}

public void run() {
synchronized (first) {
System.out.println(this.getName() + " 获取到锁: " + first);
try {
Thread.sleep(1000L); //线程休眠1秒
synchronized (second) {
System.out.println(this.getName() + " 获取到锁: " + second);
}
} catch (InterruptedException e) {
// Do nothing
}
}
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
String lockA = "lockA";
String lockB = "lockB";
DeadLock threadA = new DeadLock("ThreadA", lockA, lockB);
DeadLock threadB = new DeadLock("ThreadB", lockB, lockA);
threadA.start();
threadB.start();
threadA.join(); //等待线程1执行完
threadB.join();
}
}

运行程序后将发生死锁,然后使用jps命令(jps.exe在jdk/bin目录下),命令如下:

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C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_221\bin>jps -l
24416 sun.tools.jps.Jps
24480 org.jetbrains.kotlin.daemon.KotlinCompileDaemon
1624
20360 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
9256
9320 page2.DeadLock
18188

可以发现发生死锁的进程id 9320,然后使用jstack(jstack.exe在jdk/bin目录下)命令查看死锁信息。

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C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_221\bin>jstack 9320
"ThreadB" #13 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001e48c800 nid=0x51f8 waiting for monitor entry [0x000000001f38f000]
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at page2.DeadLock.run(DeadLock.java:19)
- waiting to lock <0x000000076b99c198> (a java.lang.String)
- locked <0x000000076b99c1d0> (a java.lang.String)

"ThreadA" #12 prio=5 os_prio=0 tid=0x000000001e48c000 nid=0x3358 waiting for monitor entry [0x000000001f28f000]
java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
at page2.DeadLock.run(DeadLock.java:19)
- waiting to lock <0x000000076b99c1d0> (a java.lang.String)
- locked <0x000000076b99c198> (a java.lang.String)

这样我们就可以看到发生死锁的信息。虽然发现了死锁,但是解决死锁只能是重启应用了。

如何避免死锁的发生

1.固定的顺序来获得锁

如果所有线程以固定的顺序来获得锁,那么在程序中就不会出现锁顺序死锁问题。(取自《Java并发编程实战》一书)
要想验证锁顺序的一致性,有很多种方式,如果锁定的对象含有递增的id字段(唯一、不可变、具有可比性的),那么就好办多了,获取锁的顺序以id由小到大来排序。还是用转账的例子来解释,代码如下:

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public class Account {
// id (递增)
private Integer id;
// 余额
private Long money;
public synchronized void transfer(Account target, Long money) {
Account account1;
Account account2;
if (this.id < target.id) {
account1 = this;
account2 = target;
} else {
account1 = target;
account2 = this;
}

synchronized(account1) {
synchronized (account2) {
this.money -= money;
if (this.money < 0) {
// throw exception
}
target.money += money;
}
}
}
}

若该对象并没有唯一、不可变、具有可比性的的字段(如:递增的id),那么可以使用 System.identityHashCode() 方法返回的哈希值来进行比较。比较方式可以和上面的例子一类似。System.identityHashCode()虽然会出现散列冲突,但是发生冲突的概率是非常低的。因此这项技术以最小的代价,换来了最大的安全性。
提示: 不管你是否重写了对象的hashCode方法,System.identityHashCode() 方法都只会返回默认的哈希值。

2.一次性申请所有资源

只要同时获取到转出账户和转入账户的资源锁。执行完转账操作后,也同时释放转入账户和转出账户的资源锁。那么则不会出现死锁。但是使用synchronized只能同时锁定一个资源锁,所以需要建立一个锁分配器LockAllocator 。代码如下:

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/** 锁分配器(单例类) */
public class LockAllocator {
private final List<Object> lock = new ArrayList<Object>();
/** 同时申请锁资源 */
public synchronized boolean lock(Object object1, Object object2) {
if (lock.contains(object1) || lock.contains(object2)) {
return false;
}

lock.add(object1);
lock.add(object2);
return true;
}
/** 同时释放资源锁 */
public synchronized void unlock(Object object1, Object object2) {
lock.remove(object1);
lock.remove(object2);
}
}

public class Account {
// 余额
private Long money;
// 锁分配器
private LockAllocator lockAllocator;

public void transfer(Account target, Long money) {
try {
// 循环获取锁,直到获取成功
while (!lockAllocator.lock(this, target)) {
}

synchronized (this){
synchronized (target){
this.money -= money;
if (this.money < 0) {
// throw exception
}
target.money += money;
}
}
} finally {
// 释放锁
lockAllocator.unlock(this, target);
}
}
}

使用while循环不断的去获取锁,一直到获取成功,当然你也可以设置获取失败后休眠xx毫秒后获取,或者其他优化的方式。释放锁必须使用try-finally的方式来释放锁。避免释放锁失败。

3.尝试获取锁资源

在Java中,Lock接口定义了一组抽象的加锁操作。与内置锁synchronized不同,使用内置锁时,只要没有获取到锁,就会死等下去,而显示锁Lock提供了一种无条件的、可轮询的、定时的以及可中断的锁获取操作,所有加锁和解锁操作都是显示的(内置锁synchronized的加锁和解锁操作都是隐示的),这篇文章就不展开来讲显示锁Lock了(当然感兴趣的朋友可以先百度一下)。

总结

在生产环境发生死锁可是一个很严重的问题,虽说重启应用来解决死锁,但是毕竟是生产环境,代价很大,而且重启应用后还是可能会发生死锁,所以在编写并发程序时需要非常严谨的避免死锁的发生。避免死锁的方案应该还有更多,鄙人不才,暂知这些方案。若有其它方案可以留言告知。非常感谢你的阅读,谢谢。

参考文章:
《Java并发编程实战》第10章
极客时间:Java并发编程实战 05:一不小心死锁了,怎么办?
极客时间:Java核心技术面试精讲 18:什么情况下Java程序会产生死锁?如何定位、修复?

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作者

Johnson木木

发布于

2020-05-12

更新于

2020-09-10

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