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：

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;

            }

        }

    }

}

若账户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：

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：

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：

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。

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：

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：

/** 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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巴特西

Java并发编程实战 04死锁了怎么办？