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();

    }

}