一篇帶給你多線程死鎖詳解
一、什么是死鎖
當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程在執(zhí)行過(guò)程中，因?yàn)闋?zhēng)奪資源而造成的一種相互等待的狀態(tài)，由于存在一種環(huán)路的鎖依賴(lài)關(guān)系而永遠(yuǎn)地等待下去，如果沒(méi)有外部干涉，他們將永遠(yuǎn)等待下去，此時(shí)的這個(gè)狀態(tài)稱(chēng)之為死鎖。
經(jīng)典的 "哲學(xué)家進(jìn)餐" 問(wèn)題很好地描述了死鎖狀況：
- 5個(gè)哲學(xué)家去吃中餐，坐在一張圓桌旁，他們有5根筷子(而不是5雙)，并且每?jī)蓚€(gè)人中間放一根筷子，哲學(xué)家們要么在思考，要么在進(jìn)餐，每個(gè)人都需要一雙筷子才能吃到東西，并在吃完后將筷子放回原處繼續(xù)思考，有些筷子管理算法(1)能夠使每個(gè)人都能相對(duì)及時(shí)的吃到東西，但有些算法卻可能導(dǎo)致一些或者所有哲學(xué)家都"餓死"，后一種情況將產(chǎn)生死鎖：每個(gè)人都擁有其他人需要的資源，同時(shí)有等待其他人已經(jīng)擁有的資源，并且每個(gè)人在獲取所有需要的資源之前都不會(huì)放棄已經(jīng)擁有的資源?？曜庸芾硭惴?1)：一個(gè)饑餓的科學(xué)家會(huì)嘗試獲得兩根臨近的筷子，但如果其中一根正在被另一個(gè)科學(xué)家使用，那么他將放棄已經(jīng)得到的那根筷子，并在等待幾分鐘之后嘗試
死鎖：每個(gè)人都立即抓住自己左邊的筷子，然后等待自己右邊的筷子空出來(lái)，但同時(shí)又不放下已經(jīng)拿到的筷子，形成一種相互等待的狀態(tài)。饑餓：哲學(xué)家們都同時(shí)想吃飯，同時(shí)拿起左手邊筷子，但是發(fā)現(xiàn)右邊沒(méi)有筷子，于是哲學(xué)家又同時(shí)放下左手邊筷子，然后大家發(fā)現(xiàn)又有筷子了，又同時(shí)開(kāi)始拿起左手邊筷子，又同時(shí)放下，然后反復(fù)進(jìn)行。
在線程A持有鎖L并想獲得鎖M的同時(shí)，線程B持有鎖M并嘗試獲得鎖L，那么這兩個(gè)線程將永遠(yuǎn)地等待下去，這種情況就是死鎖形式(或者稱(chēng)為"抱死")
二、死鎖的四個(gè)必要條件
- 互斥條件：指進(jìn)程對(duì)所分配到的資源進(jìn)行排它性使用，即在一段時(shí)間內(nèi)某資源只由一個(gè)進(jìn)程占用。如果此時(shí)還有其它進(jìn)程請(qǐng)求資源，則請(qǐng)求者只能等待，直至占有資源的進(jìn)程用完釋放。
- 請(qǐng)求和保持條件：指進(jìn)程已經(jīng)保持至少一個(gè)資源，但又提出了新的資源請(qǐng)求，而該資源已被其它進(jìn)程占有，此時(shí)請(qǐng)求進(jìn)程阻塞，但又對(duì)自己已獲得的其它資源保持不放。
- 不剝奪條件：指進(jìn)程已獲得的資源，在未使用完之前，不能被剝奪，只能在使用完時(shí)由自己釋放。
- 環(huán)路等待條件：指在發(fā)生死鎖時(shí)，必然存在一個(gè)進(jìn)程——資源的環(huán)形鏈，即進(jìn)程集合{A，B，C，···，Z} 中的A正在等待一個(gè)B占用的資源;B正在等待C占用的資源，……，Z正在等待已被A占用的資源。
三、死鎖實(shí)例
- /**
- * 死鎖類(lèi)示例
- */
- public class DeadLock implements Runnable {
- public int flag = 1;
- //靜態(tài)對(duì)象是類(lèi)的所有對(duì)象共享的
- private static Object o1 = new Object(), o2 = new Object();
- @Override
- public void run() {
- System.out.println("flag:{}"+flag);
- if (flag == 1) { //先鎖o1，再對(duì)o2加鎖，環(huán)路等待條件
- synchronized (o1) {
- try {
- Thread.sleep(500);
- } catch (Exception e) {
- e.printStackTrace();
- }
- synchronized (o2) {
- System.out.println("1");
- }
- }
- }
- if (flag == 0) {//先鎖o2，在鎖01
- synchronized (o2) {
- try {
- Thread.sleep(500);
- } catch (Exception e) {
- e.printStackTrace();
- }
- synchronized (o1) {
- System.out.println("0");
- }
- }
- }
- }
- public static void main(String[] args) {
- DeadLock td1 = new DeadLock();
- DeadLock td2 = new DeadLock();
- td1.flag = 1;
- td2.flag = 0;
- //td1,td2都處于可執(zhí)行狀態(tài)，但JVM線程調(diào)度先執(zhí)行哪個(gè)線程是不確定的。
- //td2的run()可能在td1的run()之前運(yùn)行
- new Thread(td1).start();
- new Thread(td2).start();
- }
- }
1、當(dāng)DeadLock 類(lèi)的對(duì)象flag=1時(shí)(td1)，先鎖定o1,睡眠500毫秒2、而td1在睡眠的時(shí)候另一個(gè)flag==0的對(duì)象(td2)線程啟動(dòng)，先鎖定o2,睡眠500毫秒3、td1睡眠結(jié)束后需要鎖定o2才能繼續(xù)執(zhí)行，而此時(shí)o2已被td2鎖定;4、td2睡眠結(jié)束后需要鎖定o1才能繼續(xù)執(zhí)行，而此時(shí)o1已被td1鎖定;5、td1、td2相互等待，都需要得到對(duì)方鎖定的資源才能繼續(xù)執(zhí)行，從而死鎖。
動(dòng)態(tài)鎖順序死鎖：
- // 資金轉(zhuǎn)賬到賬號(hào)
- public static void transferMoney(Account fromAccount,
- Account toAccount,
- DollarAmount amount)
- throws InsufficientFundsException {
- // 鎖定匯款者的賬戶(hù)
- synchronized (fromAccount) {
- // 鎖定到賬者的賬戶(hù)
- synchronized (toAccount) {
- // 判斷賬戶(hù)的余額不能為負(fù)數(shù)
- if (fromAccount.getBalance().compareTo(amount) < 0) {
- throw new InsufficientFundsException();
- } else {
- // 匯款者的賬戶(hù)減錢(qián)
- fromAccount.debit(amount);
- // 到賬者的賬戶(hù)增錢(qián)
- toAccount.credit(amount);
- }
- }
- }
- }
上面的代碼看起來(lái)都是按照相同的順序來(lái)獲得鎖的，按道理來(lái)說(shuō)是沒(méi)有問(wèn)題，但是上述代碼中上鎖的順序取決于傳遞給 transferMoney()的參數(shù)順序，而這些參數(shù)順序又取決于外部的輸入
- 如果兩個(gè)線程(A和B)同時(shí)調(diào)用 transferMoney()
- 其中一個(gè)線程(A)，從X向Y轉(zhuǎn)賬： transferMoney(myAccount,yourAccount,10);
- 另一個(gè)線程(B)，從Y向X轉(zhuǎn)賬 ： transferMoney(yourAccount,myAccount,20);
- 此時(shí) A線程 可能獲得 myAccount 的鎖并等待 yourAccount的鎖，然而 B線程 此時(shí)已經(jīng)持有 yourAccount 的鎖，并且正在等待 myAccount 的鎖，這種情況下就會(huì)發(fā)生死鎖。
當(dāng)一組java線程發(fā)生死鎖的時(shí)候，那么這些線程永遠(yuǎn)不能再使用了，根據(jù)線程完成工作的不同，可能會(huì)造成應(yīng)用程序的完全停止，或者某個(gè)特定的子系統(tǒng)不能再使用了，或者是性能降低，這個(gè)時(shí)候恢復(fù)應(yīng)用程序的唯一方式就是中止并重啟它，死鎖造成的影響很少會(huì)立即顯現(xiàn)出來(lái)，如果一個(gè)類(lèi)發(fā)生死鎖，并不意味著每次都會(huì)發(fā)生死鎖，而只是表示有可能，當(dāng)死鎖出現(xiàn)的時(shí)候，往往是在最糟糕的時(shí)候——在高負(fù)載的情況下。
四、死鎖的避免與檢測(cè)
4.1 預(yù)防死鎖
- 破壞互斥條件：使資源同時(shí)訪問(wèn)而非互斥使用，就沒(méi)有進(jìn)程會(huì)阻塞在資源上，從而不發(fā)生死鎖
- 破壞請(qǐng)求和保持條件：采用靜態(tài)分配的方式，靜態(tài)分配的方式是指進(jìn)程必須在執(zhí)行之前就申請(qǐng)需要的全部資源，且直至所要的資源全部得到滿(mǎn)足后才開(kāi)始執(zhí)行，只要有一個(gè)資源得不到分配，也不給這個(gè)進(jìn)程分配其他的資源。
- 破壞不剝奪條件：即當(dāng)某進(jìn)程獲得了部分資源，但得不到其它資源，則釋放已占有的資源，但是只適用于內(nèi)存和處理器資源。
- 破壞循環(huán)等待條件：給系統(tǒng)的所有資源編號(hào)，規(guī)定進(jìn)程請(qǐng)求所需資源的順序必須按照資源的編號(hào)依次進(jìn)行。
4.2 設(shè)置加鎖順序
如果兩個(gè)線程(A和B),當(dāng)A線程已經(jīng)鎖住了Z，而又去嘗試鎖住X，而X已經(jīng)被線程B鎖住，線程A和線程B分別持有對(duì)應(yīng)的鎖，而又去爭(zhēng)奪其他一個(gè)鎖(嘗試鎖住另一個(gè)線程已經(jīng)鎖住的鎖)的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生死鎖，如下圖：
兩個(gè)線程試圖以不同的順序來(lái)獲得相同的鎖，如果按照相同的順序來(lái)請(qǐng)求鎖，那么就不會(huì)出現(xiàn)循環(huán)的加鎖依賴(lài)性，因此也就不會(huì)產(chǎn)生死鎖，每個(gè)需要鎖Z和鎖X的線程都以相同的順序來(lái)獲取Z和X，那么就不會(huì)發(fā)生死鎖了，如下圖所示：
這樣死鎖就永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。針對(duì)兩個(gè)特定的鎖，可以嘗試按照鎖對(duì)象的hashCode值大小的順序，分別獲得兩個(gè)鎖，這樣鎖總是會(huì)以特定的順序獲得鎖，我們通過(guò)設(shè)置鎖的順序，來(lái)防止死鎖的發(fā)生，在這里我們使用 System.identityHashCode方法來(lái)定義鎖的順序，這個(gè)方法將返回由Obejct.hashCode 返回的值，這樣就可以消除死鎖發(fā)生的可能性。
- public class DeadLockExample3 {
- // 加時(shí)賽鎖，在極少數(shù)情況下，如果兩個(gè)hash值相等，使用這個(gè)鎖進(jìn)行加鎖
- private static final Object tieLock = new Object();
- public void transferMoney(final Account fromAcct,
- final Account toAcct,
- final DollarAmount amount)
- throws InsufficientFundsException {
- class Helper {
- public void transfer() throws InsufficientFundsException {
- if (fromAcct.getBalance().compareTo(amount) < 0)
- throw new InsufficientFundsException();
- else {
- fromAcct.debit(amount);
- toAcct.credit(amount);
- }
- }
- }
- // 得到兩個(gè)鎖的hash值
- int fromHash = System.identityHashCode(fromAcct);
- int toHash = System.identityHashCode(toAcct);
- // 根據(jù)hash值判斷鎖順序，決定鎖的順序
- if (fromHash < toHash) {
- synchronized (fromAcct) {
- synchronized (toAcct) {
- new Helper().transfer();
- }
- }
- } else if (fromHash > toHash) {
- synchronized (toAcct) {
- synchronized (fromAcct) {
- new Helper().transfer();
- }
- }
- } else {// 如果兩個(gè)對(duì)象的hash相等，通過(guò)tieLock來(lái)決定加鎖的順序，否則又會(huì)重新引入死鎖——加時(shí)賽鎖
- synchronized (tieLock) {
- synchronized (fromAcct) {
- synchronized (toAcct) {
- new Helper().transfer();
- }
- }
- }
- }
- }
- }
- 在極少數(shù)情況下，兩個(gè)對(duì)象可能擁有兩個(gè)相同的散列值，此時(shí)必須通過(guò)某種任意的方法來(lái)決定鎖的順序，否則可能又會(huì)重新引入死鎖。
- 為了避免這種情況，可以使用 “加時(shí)(Tie-Breaking))”鎖，這獲得這兩個(gè)Account鎖之前，從而消除了死鎖發(fā)生的可能性
4.3 支持定時(shí)的鎖(超時(shí)放棄)
有一項(xiàng)技術(shù)可以檢測(cè)死鎖和從死鎖中恢復(fù)過(guò)來(lái)，就是使用Lock類(lèi)中的定時(shí) publicbooleantryLock(longtime,TimeUnitunit)throwsInterruptedException功能，來(lái)代替內(nèi)置鎖機(jī)制，當(dāng)使用內(nèi)置鎖的時(shí)候，只要沒(méi)有獲得鎖，就會(huì)永遠(yuǎn)等待下去，而 tryLock可以指定一個(gè)超時(shí)時(shí)間 (Timeout)，在等待超過(guò)時(shí)間后 tryLock會(huì)返回一個(gè)失敗信息，如果超時(shí)時(shí)限比獲取鎖的時(shí)間要長(zhǎng)很多，那么就可以在發(fā)生某個(gè)意外后重新獲得控制權(quán)。如下圖所示： 
4.4 死鎖避免
死鎖防止方法能夠防止發(fā)生死鎖，但必然會(huì)降低系統(tǒng)并發(fā)性，導(dǎo)致低效的資源利用率，其中最具有代表性的避免死鎖算法是銀行家算法。
1、多個(gè)資源的銀行家算法
上圖中有五個(gè)進(jìn)程，四個(gè)資源。左邊的圖表示已經(jīng)分配的資源，右邊的圖表示還需要分配的資源。最右邊的 E、P 以及 A 分別表示：總資源、已分配資源以及可用資源，注意這三個(gè)為向量，而不是具體數(shù)值，例如 A=(1020)，表示 4 個(gè)資源分別還剩下 1/0/2/0。
檢查一個(gè)狀態(tài)是否安全的算法如下：
- 查找右邊的矩陣是否存在一行小于等于向量 A。如果不存在這樣的行，那么系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生死鎖，狀態(tài)是不安全的。
- 假若找到這樣一行，將該進(jìn)程標(biāo)記為終止，并將其已分配資源加到 A 中。
- 重復(fù)以上兩步，直到所有進(jìn)程都標(biāo)記為終止，則狀態(tài)是安全的。
- 如果一個(gè)狀態(tài)不是安全的，需要拒絕進(jìn)入這個(gè)狀態(tài)。
4.5 死鎖檢測(cè)
- 對(duì)資源的分配加以適當(dāng)限制可防止或避免死鎖發(fā)生，但不利于進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)資源的充分共享。
- 為每個(gè)進(jìn)程和每個(gè)資源指定一個(gè)唯一的號(hào)碼
- Jstack命令 jstack用于生成java虛擬機(jī)當(dāng)前時(shí)刻的線程快照。線程快照是當(dāng)前java虛擬機(jī)內(nèi)每一條線程正在執(zhí)行的方法堆棧的集合，生成線程快照的主要目的是定位線程出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間停頓的原因，如線程間死鎖、死循環(huán)、請(qǐng)求外部資源導(dǎo)致的長(zhǎng)時(shí)間等待，線程出現(xiàn)停頓的時(shí)候通過(guò)jstack來(lái)查看各個(gè)線程的調(diào)用堆棧，就可以知道沒(méi)有響應(yīng)的線程到底在后臺(tái)做什么事情，或者等待什么資源
- JConsole工具
Jconsole是JDK自帶的監(jiān)控工具，在JDK/bin目錄下可以找到。它用于連接正在運(yùn)行的本地或者
遠(yuǎn)程的JVM，對(duì)運(yùn)行在Java應(yīng)用程序的資源消耗和性能進(jìn)行監(jiān)控，并畫(huà)出大量的圖表，提供強(qiáng)大
的可視化界面。而且本身占用的服務(wù)器內(nèi)存很小，甚至可以說(shuō)幾乎不消耗。
4.5 死鎖恢復(fù)
- 資源剝奪：剝奪陷于死鎖的進(jìn)程所占用的資源，但并不撤銷(xiāo)此進(jìn)程，直至死鎖解除
- 進(jìn)程回退：根據(jù)系統(tǒng)保存的檢查點(diǎn)讓所有的進(jìn)程回退，直到足以解除死鎖，這種措施要求系統(tǒng)建立保存檢查點(diǎn)、回退及重啟機(jī)制
- 進(jìn)程撤銷(xiāo)：
1、撤銷(xiāo)陷入死鎖的所有進(jìn)程，解除死鎖，繼續(xù)運(yùn)行。
2、逐個(gè)撤銷(xiāo)陷入死鎖的進(jìn)程，回收其資源并重新分配，直至死鎖解除。 可選擇符合下面條件之一的先撤銷(xiāo)：
- CPU消耗時(shí)間最少者
- 產(chǎn)生的輸出量最小者
- 預(yù)計(jì)剩余執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)者
- 分得的資源數(shù)量最少者后優(yōu)先級(jí)最低者
系統(tǒng)重啟：結(jié)束所有進(jìn)程的執(zhí)行并重新啟動(dòng)操作系統(tǒng)。這種方法很簡(jiǎn)單，但先前的工作全部作廢。
