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什么是死锁?怎么样才能预防死锁?如何定位死锁?

什么是死锁:

是指两个或两个以上的进程在执行过程中,由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁。

举个例子:

A 和 B 去按摩洗脚,都想在洗脚的时候,同时顺便做个头部按摩,13 技师擅长足底按摩,14 擅长头部按摩。

这个时候 A 先抢到 14,B 先抢到 13,两个人都想同时洗脚和头部按摩,于是就互不相让,扬言我死也不让你,这样的话,A 抢到 14,想要 13,B 抢到 13,想要 14,在这个想同时洗脚和头部按摩的事情上 A 和 B 就产生了死锁。

怎么解决这个问题呢?

第一种,假如这个时候,来了个 15,刚好也是擅长头部按摩的,A 又没有两个脑袋,自然就归了 B,于是 B 就美滋滋的洗脚和做头部按摩,剩下 A 在旁边气鼓鼓的,这个时候死锁这种情况就被打破了,不存在了。

第二种,C 出场了,用武力强迫 A 和 B,必须先做洗脚,再头部按摩,这种情况下,A 和 B 谁先抢到 13,谁就可以进行下去,另外一个没抢到的,就等着,这种情况下,也不会产生死锁。

总结一下:

死锁是必然发生在多操作者(M>=2 个)情况下,争夺多个资源(N>=2 个,且 N<=M)才会发生这种情况。很明显,单线程自然不会有死锁,只有 B 一个去,不要 2 个,打十个都没问题;单资源呢?只有 13,A 和 B 也只会产生激烈竞争,打得不可开交,谁抢到就是谁的,但不会产生死锁。同时,死锁还有一个重要的要求,争夺资源的顺序不对,如果争夺资源的顺序是一样的,也不会产生死锁。

死锁的发生下四个必要条件:

1)互斥条件:指进程对所分配到的资源进行排它性使用,即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源,则请求者只能等待,直至占有资源的进程用毕释放。
2)请求和保持条件:指进程已经保持至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其它进程占有,此时请求进程阻塞,但又对自己已获得的其它资源保持不放。
3)不剥夺条件:指进程已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺,只能在使用完时由自己释放。
4)环路等待条件:指在发生死锁时,必然存在一个进程——资源的环形链,即进程集合{P0,P1,P2,···,Pn}中的 P0 正在等待一个 P1 占用的资源;P1正在等待 P2 占用的资源,……,Pn 正在等待已被 P0 占用的资源。

  理解了死锁的原因,尤其是产生死锁的四个必要条件,就可以最大可能地避免、预防和解除死锁。

如何有效预防死锁的发生:

  只要打破四个必要条件之一就可以了

打破互斥条件:改造独占性资源为虚拟资源,大部分资源已无法改造。

打破不可抢占条件:当一进程占有一独占性资源后又申请一独占性资源而无法满足,则退出原占有的资源。

打破占有且申请条件:采用资源预先分配策略,即进程运行前申请全部资源,满足则运行,不然就等待,这样就不会占有且申请。

打破循环等待条件:实现资源有序分配策略,对所有设备实现分类编号,所有进程只能采用按序号递增的形式申请资源。

避免死锁常见的算法:

  有有序资源分配法、银行家算法。

现象、危害和解决

在我们 IT 世界有没有存在死锁的情况,有:数据库里多事务而且要同时操作多个表的情况下。所以数据库设计的时候就考虑到了检测死锁和从死锁中恢复的机制。比如 oracle 提供了检测和处理死锁的语句,而 mysql 也提供了“循环依赖检测的机制”

  

现象

简单顺序死锁示例:

/**
 * @ClassName NormalDeadLock
 * @Description TODO 简单顺序死锁测试
 * @Date 2020/5/10 16:07
 **/
public class NormalDeadLock {
    private static Object valueFirst = new Object();//第一个锁
    private static Object valueSecond = new Object();//第二个锁

    //先拿第一个锁,再拿第二个锁
    private static void fisrtToSecond() throws InterruptedException {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        synchronized (valueFirst) {
            System.out.println(threadName + " get 1st");
            Thread.sleep(100);
            synchronized (valueSecond) {
                System.out.println(threadName + " get 2nd");
            }
        }
    }

    //先拿第二个锁,再拿第一个锁
    private static void SecondToFisrt() throws InterruptedException {
        String threadName = Thread.currentThread().getName();
        synchronized (valueSecond) {
            System.out.println(threadName + " get 2nd");
            Thread.sleep(100);
            synchronized (valueFirst) {
                System.out.println(threadName + " get 1st");
            }
        }
    }

    private static class TestThread extends Thread {

        private String name;

        public TestThread(String name) {
            this.name = name;
        }

        public void run() {
            Thread.currentThread().setName(name);
            try {
                SecondToFisrt();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread.currentThread().setName("TestDeadLock");
        TestThread testThread = new TestThread("SubTestThread");
        testThread.start();
        try {
            fisrtToSecond();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

  简单顺序死锁解决方案:在锁的时,两个方法都 先拿第一个锁,再拿第二个锁

动态顺序死锁及解决方案代码示例

  • 用户账户的实体类
  • 银行转账动作接口
  • 不安全的转账动作的实现(动态顺序死锁)
  • 不会产生死锁的安全转账一(解决动态顺序死锁方案一)
  • 不会产生死锁的安全转账二(解决动态顺序死锁方案二)
  • main函数测试类

用户账户的实体类代码示例

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

/**
 * 类说明:用户账户的实体类
 */
public class UserAccount {
    private final String name;//账户名称
    private int money;//账户余额

    private final Lock lock = new ReentrantLock();

    public Lock getLock() {
        return lock;
    }

    public UserAccount(String name, int amount) {
        this.name = name;
        this.money = amount;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAmount() {
        return money;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "UserAccount{" + "name='" + name + '\'' + ", money=" + money + '}';
    }

    //转入资金
    public void addMoney(int amount) {
        money = money + amount;
    }

    //转出资金
    public void flyMoney(int amount) {
        money = money - amount;
    }
}

银行转账动作接口代码示例

/**
 * 类说明:银行转账动作接口
 */
public interface ITransfer {
    void transfer(UserAccount from, UserAccount to, int amount) throws InterruptedException;
}

不安全的转账动作的实现(动态顺序死锁)代码示例

/**
 * 类说明:不安全的转账动作的实现(动态顺序死锁)
 */
public class TrasnferAccount implements ITransfer {
    /**
     * @param from--转出对象
     * @param to--转入对象
     * @param amount--账户余额
     * @throws InterruptedException
     */
    @Override
    public void transfer(UserAccount from, UserAccount to, int amount) throws InterruptedException {
        synchronized (from) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get" + from.getName());
            Thread.sleep(100);
            synchronized (to) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get" + to.getName());
                from.flyMoney(amount);
                to.addMoney(amount);
            }
        }
    }
}

不会产生死锁的安全转账一(解决动态顺序死锁方案一)代码示例

/**
 * 类说明:不会产生死锁的安全转账一(解决动态顺序死锁方案一)
 * 原理:
 * 通过比较hash值决定线程的执行顺序
 * 具体实现思路:
 * 1. 获取各个对象的hash值
 * 2.1 若hash值小则先锁对象一,再锁对象二
 * 2.2 若hash值大则先锁对象二,再锁对象一
 * 2.3 若hash值相同,则在第三把锁的基础上,再同时加锁(Ps:出现此情况的几率特别小,所以在保证线程的安全基础上,不必太在意这一点性能)
 */
public class SafeOperate implements ITransfer {

    private static Object tieLock = new Object();//第三把锁

    /**
     * @param from--转出对象
     * @param to--转入对象
     * @param amount--账户余额
     * @throws InterruptedException
     */
    @Override
    public void transfer(UserAccount from, UserAccount to, int amount) throws InterruptedException {
        // 获取对象的hash值
        int fromHash = System.identityHashCode(from);
        int toHash = System.identityHashCode(to);
        // 通过比较hash值决定线程的执行顺序
        if (fromHash < toHash) {
            synchronized (from) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get " + from.getName());
                Thread.sleep(100);
                synchronized (to) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get " + to.getName());
                    from.flyMoney(amount);
                    to.addMoney(amount);
                    System.out.println(from);
                    System.out.println(to);
                }
            }
        } else if (toHash < fromHash) {
            synchronized (to) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get" + to.getName());
                Thread.sleep(100);
                synchronized (from) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get" + from.getName());
                    from.flyMoney(amount);
                    to.addMoney(amount);
                    System.out.println(from);
                    System.out.println(to);
                }
            }
        } else {
            // 若hash值相同,则在第三把锁的基础上,再同时加锁(Ps:出现此情况的几率特别小,所以在保证线程的安全基础上,不必太在意这一点性能)
            synchronized (tieLock) {
                synchronized (from) {
                    synchronized (to) {
                        from.flyMoney(amount);
                        to.addMoney(amount);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

不会产生死锁的安全转账二(解决动态顺序死锁方案二)代码示例

import java.util.Random;

/**
 * 类说明:不会产生死锁的安全转账二(解决动态顺序死锁方案二)
 * 原理:
 * 获取所有的锁后再继续执行
 * 具体实现思路:
 * 1.若未获取第一把锁则while无限循环
 * 2.获取第一把锁后,若无法获取第二把锁则释放第一把锁继续循环
 * 3.获取第一把锁,同时获取第二把锁时执行任务
 * 4.结束
 */
public class SafeOperateToo implements ITransfer {

    /**
     * @param from--转出对象
     * @param to--转入对象
     * @param amount--账户余额
     * @throws InterruptedException
     */
    @Override
    public void transfer(UserAccount from, UserAccount to, int amount) throws InterruptedException {
        // 随机数:避免活锁
        Random r = new Random();
        while (true) {
            if (from.getLock().tryLock()) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get" + from.getName());
                try {
                    if (to.getLock().tryLock()) {
                        try {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get" + to.getName());
                            from.flyMoney(amount);
                            to.addMoney(amount);
                            System.out.println(from);
                            System.out.println(to);
                            // 执行完任务后退出
                            break;
                        } finally {
                            to.getLock().unlock();
                        }
                    }
                } finally {
                    from.getLock().unlock();
                }
            }
            //错开时间,避免活锁
            Thread.sleep(r.nextInt(5));
        }
    }
}

main函数测试类代码示例

/**
 * 类说明:模拟支付公司转账的动作
 * 测试类
 */
public class PayCompany {

    /*执行转账动作的线程*/
    private static class TransferThread extends Thread {

        private String name;
        private UserAccount from;
        private UserAccount to;
        private int amount;
        private ITransfer transfer;

        public TransferThread(String name, UserAccount from, UserAccount to, int amount, ITransfer transfer) {
            this.name = name;
            this.from = from;
            this.to = to;
            this.amount = amount;
            this.transfer = transfer;
        }

        public void run() {
            Thread.currentThread().setName(name);
            try {
                transfer.transfer(from, to, amount);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

    public static void main(String[] args) {
        PayCompany payCompany = new PayCompany();
        // 对象一
        UserAccount zhangsan = new UserAccount("zhangsan", 20000);
        // 对象二
        UserAccount lisi = new UserAccount("lisi", 20000);
        // 线程不安全:TrasnferAccount
        //ITransfer transfer = new TrasnferAccount();
        // 线程安全:SafeOperate
        //ITransfer transfer = new SafeOperate();
        // 线程安全:SafeOperateToo
        ITransfer transfer = new SafeOperateToo();
        // 张三转李四
        TransferThread zhangsanToLisi = new TransferThread("zhangsanToLisi", zhangsan, lisi, 2000, transfer);
        // 李四转张三
        TransferThread lisiToZhangsan = new TransferThread("lisiToZhangsan", lisi, zhangsan, 4000, transfer);
        // 线程开始执行
        zhangsanToLisi.start();
        lisiToZhangsan.start();

    }

}

危害

1、线程不工作了,但是整个程序还是活着的

2、没有任何的异常信息可以供我们检查。

3、一旦程序发生了发生了死锁,是没有任何的办法恢复的,只能重启程序,对生产平台的程序来说,这是个很严重的问题。

实际工作中的死锁

时间不定,不是每次必现;一旦出现没有任何异常信息,只知道这个应用的所有业务越来越慢,最后停止服务。。。。

若发生死锁,如何定位死锁?

1.打开cmd

2.cmd切换路径到jdk的bin目录下

 

 3.检查是否有死锁信息,输入:jps - 

回车:若是有死锁则会打印出死锁的具体信息,若是没有则会出现以下`数据

 4.定位死锁的具体信息,输入:jstack  序号(jstack+空格+死锁线程的Id)

回车:即会打印死锁线程的具体信息

定位死锁示例:

  cmd 定位死锁:

   若有IDEA,左侧的小照相机图标也可定位死锁:

死锁解决方案

关键是保证拿锁的顺序一致

两种解决方式(参考以上代码↑↑↑)

1、内部通过顺序比较,确定拿锁的顺序;

2、采用尝试拿锁的机制。

其他安全问题

活锁(参考以上代码)

两个线程在尝试拿锁的机制中,发生多个线程之间互相谦让,不断发生同一个线程总是拿到同一把锁,在尝试拿另一把锁时因为拿不到,而将本来已经持有的锁释放的过程。

解决办法:

每个线程休眠随机数,错开拿锁的时间。

线程不工作了,但是整个程序还是活着的。

posted @ 2020-05-10 16:01  踏步  阅读(1226)  评论(0编辑  收藏  举报