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java多线程学习之死锁的模拟和避免(实例讲解)

程序员文章站 2023-12-16 20:16:52
1.死锁 死锁是这样一种情形:多个线程同时被阻塞,它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞,因此程序不可能正常终止。 java 死锁产生的四个...

1.死锁

死锁是这样一种情形:多个线程同时被阻塞,它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞,因此程序不可能正常终止。

java 死锁产生的四个必要条件:

1、互斥使用,即当资源被一个线程使用(占有)时,别的线程不能使用

2、不可抢占,资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源,资源只能由资源占有者主动释放。

3、请求和保持,即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。

4、循环等待,即存在一个等待队列:p1占有p2的资源,p2占有p3的资源,p3占有p1的资源。这样就形成了一个等待环路。

当上述四个条件都成立的时候,便形成死锁。当然,死锁的情况下如果打破上述任何一个条件,便可让死锁消失。

2.模拟一个死锁

package com.tl.skyline.thread; 
 
import java.util.date; 
 
/** 
 * created by tl on 17/3/3. 
 */ 
public class deadlock { 
 public static string bowl = "碗"; 
 public static string chopsticks = "筷子"; 
 
 public static void main(string[] args) { 
  locka la = new locka(); 
  new thread(la).start(); 
  lockb lb = new lockb(); 
  new thread(lb).start(); 
 } 
 
} 
 
 
class locka implements runnable { 
 public void run() { 
  try { 
   system.out.println(new date().tostring() + "邹保健开始拿餐具吃饭"); 
   while (true) { 
    synchronized (deadlock.bowl) { 
     system.out.println(new date().tostring() + "邹保健抢到了碗"); 
     thread.sleep(3000); // 此处等待是给b能锁住机会 
     synchronized (deadlock.chopsticks) { 
      system.out.println(new date().tostring() + "邹保健抢到了筷子"); 
      thread.sleep(60 * 1000); // 为测试,占用了就不放 
     } 
    } 
   } 
  } catch (exception e) { 
   e.printstacktrace(); 
  } 
 } 
} 
 
class lockb implements runnable { 
 public void run() { 
  try { 
   system.out.println(new date().tostring() + "陈顶天开始拿餐具吃饭"); 
   while (true) { 
    synchronized (deadlock.chopsticks) { 
     system.out.println(new date().tostring() + "陈顶天抢到了筷子"); 
     thread.sleep(3000); // 此处等待是给a能锁住机会 
     synchronized (deadlock.bowl) { 
      system.out.println(new date().tostring() + "陈顶天抢到了碗"); 
      thread.sleep(60 * 1000); // 为测试,占用了就不放 
     } 
    } 
   } 
  } catch (exception e) { 
   e.printstacktrace(); 
  } 
 } 
} 

结果:

fri mar 03 16:34:36 cst 2017陈顶天开始拿餐具吃饭 
fri mar 03 16:34:37 cst 2017陈顶天抢到了筷子 
fri mar 03 16:34:36 cst 2017邹保健开始拿餐具吃饭 
fri mar 03 16:34:37 cst 2017邹保健抢到了碗 

结果陈顶天同学抢到了参筷子,拿着不放,邹保健同学抢到了碗,也死活不放手,但是只有一双筷子和一双碗,结果就是双双饿死。。。

3.避免死锁

假如我们是陈顶天和邹保健同学的同事,肯定不忍心看到他们饿死,那么怎么办呢?

我们就要采取方法避免思索的发生,这边介绍两种方法,一种是加锁顺序(线程按照一定的顺序加锁);另一种是加锁时限(线程尝试获取锁的时候加上一定的时限,超过时限则放弃对该锁的请求,并释放自己占有的锁);

3.1 加锁顺序

当多个线程需要相同的一些锁,但是按照不同的顺序加锁,死锁就很容易发生。如果能确保所有的线程都是按照相同的顺序获得锁,那么死锁就不会发生。我们上面的代码为了模拟死锁,将线程locka与lockb两位同事的抢夺资源顺序做了一个调整,locka先抢碗,然后sleep3秒,lockb先抢筷子,我们现在把争夺资源顺序改一下,两个线程都是先抢碗,再抢筷子,严格按照这个顺序运行,那么a抢到碗以后,b去争夺资源,必须从抢碗开始,不能在抢不到碗的情况下去抢筷子,这样就避免死锁的发生,这也是避免死锁最简单的方法。

代码修改如下:

/** 
 * created by tl on 17/3/3. 
 */ 
public class undeadlock { 
 public static string bowl = "碗"; 
 public static string chopsticks = "筷子"; 
 
 public static void main(string[] args) { 
  locka la = new locka(); 
  new thread(la).start(); 
  lockb lb = new lockb(); 
  new thread(lb).start(); 
 } 
 
} 
 
 
class locka implements runnable { 
 public void run() { 
  try { 
   system.out.println(new date().tostring() + "邹保健开始拿餐具吃饭"); 
   while (true) { 
    synchronized (undeadlock.bowl) { 
     system.out.println(new date().tostring() + "邹保健抢到了碗"); 
     synchronized (undeadlock.chopsticks) { 
      system.out.println(new date().tostring() + "邹保健抢到了筷子"); 
     } 
    } 
    thread.sleep(5000); 
   } 
  } catch (exception e) { 
   e.printstacktrace(); 
  } 
 } 
} 
 
class lockb implements runnable { 
 public void run() { 
  try { 
   system.out.println(new date().tostring() + "陈顶天开始拿餐具吃饭"); 
   while (true) { 
    synchronized (undeadlock.bowl) { 
     system.out.println(new date().tostring() + "陈顶天抢到了碗"); 
     synchronized (undeadlock.chopsticks) { 
      system.out.println(new date().tostring() + "陈顶天抢到了筷子"); 
     } 
    } 
    thread.sleep(5000); 
   } 
  } catch (exception e) { 
   e.printstacktrace(); 
  } 
 } 
} 

此时运行结果

fri mar 24 11:16:51 cst 2017邹保健开始拿餐具吃饭 
fri mar 24 11:16:51 cst 2017陈顶天开始拿餐具吃饭 
fri mar 24 11:16:51 cst 2017邹保健抢到了碗 
fri mar 24 11:16:51 cst 2017邹保健抢到了筷子 
fri mar 24 11:16:51 cst 2017陈顶天抢到了碗 
fri mar 24 11:16:51 cst 2017陈顶天抢到了筷子 
fri mar 24 11:16:56 cst 2017邹保健抢到了碗 
fri mar 24 11:16:56 cst 2017邹保健抢到了筷子 
fri mar 24 11:16:56 cst 2017陈顶天抢到了碗 
fri mar 24 11:16:56 cst 2017陈顶天抢到了筷子 
fri mar 24 11:17:01 cst 2017邹保健抢到了碗 
fri mar 24 11:17:01 cst 2017邹保健抢到了筷子 

就不会再出现死锁的情况了。

3.2 加锁时效

加锁时效的原理就是:给每一个访问线程增加访问时效,若一个线程没有在给定的时限内成功获得所有需要的锁,则会进行回退并释放所有已经获得的锁(此时就打破了造成死锁的四个原因中的第三个原因),然后等待一段随机的时间再重试。

为了实现这个目标,我们不使用显示的去锁,我而是用信号量semaphore去控制。信号量可以控制资源能被多少线程访问,这里我们指定只能被一个线程访问,就做到了类似锁住。而信号量可以指定去获取的超时时间,我们可以根据这个超时时间,去做一个额外处理。对于无法成功获取的情况,一般就是重复尝试,或指定尝试的次数,也可以马上退出。

package com.tl.skyline.thread; 
 
import java.util.date; 
import java.util.concurrent.semaphore; 
import java.util.concurrent.timeunit; 
 
/** 
 * created by tl on 17/3/3. 
 */ 
public class undeadlock { 
 public static string bowl = "碗"; 
 //信号量可以碗只能能被一个线程同时访问 
 public static final semaphore a1 = new semaphore(1); 
 public static string chopsticks = "筷子"; 
 //信号量可以筷子只能能被一个线程同时访问 
 public static final semaphore a2 = new semaphore(1); 
 
 public static void main(string[] args) { 
  lockaa la = new lockaa(); 
  new thread(la).start(); 
  lockba lb = new lockba(); 
  new thread(lb).start(); 
 } 
 
} 
 
 
class lockaa implements runnable { 
 public void run() { 
  try { 
   system.out.println(new date().tostring() + "邹保健开始拿餐具吃饭"); 
   while (true) { 
    if (undeadlock.a1.tryacquire(1, timeunit.seconds)) { 
     system.out.println(new date().tostring() + "邹保健抢到了碗"); 
     if (undeadlock.a2.tryacquire(1, timeunit.seconds)) { 
      system.out.println(new date().tostring() + "邹保健抢到了筷子,凑齐了餐具,准备吃饭"); 
      thread.sleep(60 * 1000 * 10); // 抢到餐具就开始吃饭,吃饭时间十分钟 
     } else { 
      system.out.println(new date().tostring() + "筷子已经被抢走了,邹保健抢筷子失败"); 
     } 
    } else { 
     system.out.println(new date().tostring() + "碗已经被抢走了,邹保健抢碗失败"); 
    } 
 
    undeadlock.a1.release(); // 释放 
    undeadlock.a2.release(); 
    system.out.println(new date().tostring() + "邹保健把抢到的部分餐具又放回原处"); 
    thread.sleep(1000); // 马上进行尝试,现实情况下do something是不确定的 
   } 
  } catch (exception e) { 
   e.printstacktrace(); 
  } 
 } 
} 
 
 
class lockba implements runnable { 
 public void run() { 
  try { 
   system.out.println(new date().tostring() + "陈顶天开始拿餐具吃饭"); 
   while (true) { 
    if (undeadlock.a2.tryacquire(1, timeunit.seconds)) { 
     system.out.println(new date().tostring() + "陈顶天抢到了筷子"); 
     if (undeadlock.a1.tryacquire(1, timeunit.seconds)) { 
      system.out.println(new date().tostring() + "陈顶天抢到了碗,凑齐了餐具,准备吃饭"); 
      thread.sleep(60 * 1000 * 10); // 抢到餐具就开始吃饭,吃饭时间十分钟 
     } else { 
      system.out.println(new date().tostring() + "碗已经被抢走了,陈顶天抢碗失败"); 
     } 
    } else { 
     system.out.println(new date().tostring() + "筷子已经被抢走了,陈顶天抢筷子失败"); 
    } 
 
    undeadlock.a1.release(); // 释放 
    undeadlock.a2.release(); 
    system.out.println(new date().tostring() + "陈顶天把抢到的部分餐具又放回原处"); 
    thread.sleep(10 * 1000);//这里只是为了演示,所以tryacquire只用1秒,而且b要给a让出能执行的时间,否则两个永远是死锁 
   } 
  } catch (exception e) { 
   e.printstacktrace(); 
  } 
 } 
} 

结果

fri mar 03 18:12:07 cst 2017邹保健开始拿餐具吃饭 
fri mar 03 18:12:07 cst 2017陈顶天开始拿餐具吃饭 
fri mar 03 18:12:07 cst 2017邹保健抢到了碗 
fri mar 03 18:12:07 cst 2017陈顶天抢到了筷子 
fri mar 03 18:12:08 cst 2017筷子已经被抢走了,邹保健抢筷子失败 
fri mar 03 18:12:08 cst 2017邹保健把抢到的部分餐具又放回原处 
fri mar 03 18:12:08 cst 2017陈顶天抢到了碗,凑齐了餐具,准备吃饭 
fri mar 03 18:12:10 cst 2017碗已经被抢走了,邹保健抢碗失败 
fri mar 03 18:12:10 cst 2017邹保健把抢到的部分餐具又放回原处 
fri mar 03 18:12:11 cst 2017邹保健抢到了碗 
fri mar 03 18:12:11 cst 2017邹保健抢到了筷子,凑齐了餐具,准备吃饭 

很明显看到,我们打破了满足死锁的第三条,即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有,当没有完全抢到碗和筷子的时候,两个人(线程)全部释放占有的资源,重新开始争抢资源,这样一个人抢到碗和筷子之后,吃饱再给另一个吃,这样你就成功了拯救了你的两位同事!

semaphore api:

acquire 
 
public void acquire() 
    throws interruptedexception 
 
 从此信号量获取一个许可,在提供一个许可前一直将线程阻塞,否则线程被中断。获取一个许可(如果提供了一个)并立即返回,将可用的许可数减 1。 
 
 如果没有可用的许可,则在发生以下两种情况之一前,禁止将当前线程用于线程安排目的并使其处于休眠状态: 
 
  某些其他线程调用此信号量的 release() 方法,并且当前线程是下一个要被分配许可的线程;或者 
  其他某些线程中断当前线程。 
 
 如果当前线程: 
 
  被此方法将其已中断状态设置为 on ;或者 
  在等待许可时被中断。 
 
 则抛出 interruptedexception,并且清除当前线程的已中断状态。 
 
 抛出: 
  interruptedexception - 如果当前线程被中断 
 
release 
 
public void release() 
 
 释放一个许可,将其返回给信号量。释放一个许可,将可用的许可数增加 1。如果任意线程试图获取许可,则选中一个线程并将刚刚释放的许可给予它。然后针对线程安排目的启用(或再启用)该线程。 
 
 不要求释放许可的线程必须通过调用 acquire() 来获取许可。通过应用程序中的编程约定来建立信号量的正确用法。 

wait()与sleep()的区别:

sleep()方法只让出了cpu,而并不会释放同步资源锁!!!

wait()方法则是指当前线程让自己暂时退让出同步资源锁,以便其他正在等待该资源的线程得到该资源进而运行;

以上这篇java多线程学习之死锁的模拟和避免(实例讲解)就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持。

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