慕課網實戰·高併發探索（十五）：線程死鎖

特別感謝：慕課網jimin老師的《Java併發編程與高併發解決方案》課程，以下知識點多數來自老師的課程內容。
jimin老師課程地址：Java併發編程與高併發解決方案

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什麼是死鎖？

通俗的說，死鎖就是兩個或者多個線程，相互佔用對方需要的資源，而都不進行釋放，導致彼此之間都相互等待對方釋放資源，產生了無限制等待的現象。死鎖一旦發生，如果沒有外力介入，這種等待將永遠存在，從而對程序產生嚴重影響。
用來描述死鎖的問題最有名的場景就是“哲學家就餐問題”。哲學家就餐問題可以這樣表述：假設有五位哲學家圍坐在一張圓形餐桌旁，做以下兩件事之一：吃飯或者思考。吃東西的時候他們就停止思考，思考的時候也停止吃東西。餐桌中間有一大碗意大利麪，每兩個哲學家之間有一隻餐叉。因爲只用一隻餐叉很難吃到意大利麪，所以假設哲學家必須用兩隻餐叉吃東西。他們只能使用自己左右手邊的那兩隻餐。哲學家從來不交談，這就跟危險，可能產生死鎖，每個哲學家都拿着左手的餐叉永遠等右邊的餐叉（或者相反）….

死鎖產生的必要條件

• 互斥條件：進程對鎖分配的資源進行排他性使用
• 請求和保持條件：線程已經保持了一個資源，但是又提出了其他請求，而該資源已被其他線程佔用
• 不剝奪條件：在使用時不能被剝奪，只能自己用完釋放
• 環路等待條件：資源調用是一個環形的鏈

死鎖示例

@Slf4j
public class DeadLock implements Runnable {
    public int flag = 1;
    //靜態對象是類的所有對象共享的
    private static Object o1 = new Object(), o2 = new Object();

    @Override
    public void run() {
        log.info("flag:{}", flag);
        if (flag == 1) {
            synchronized (o1) {
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (o2) {
                    log.info("1");
                }
            }
        }
        if (flag == 0) {
            synchronized (o2) {
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (o1) {
                    log.info("0");
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        DeadLock td1 = new DeadLock();
        DeadLock td2 = new DeadLock();
        td1.flag = 1;
        td2.flag = 0;
        //td1,td2都處於可執行狀態，但JVM線程調度先執行哪個線程是不確定的。
        //td2的run()可能在td1的run()之前運行
        new Thread(td1).start();
        new Thread(td2).start();
    }
}

上述代碼出現死鎖原因：

• 當DeadLock類的對象flag==1時（td1），先鎖定o1,睡眠500毫秒
• 而td1在睡眠的時候另一個flag==0的對象（td2）線程啓動，先鎖定o2,睡眠500毫秒
• td1睡眠結束後需要鎖定o2才能繼續執行，而此時o2已被td2鎖定；
• td2睡眠結束後需要鎖定o1才能繼續執行，而此時o1已被td1鎖定；
• td1、td2相互等待，都需要得到對方鎖定的資源才能繼續執行，從而死鎖。

確認死鎖

在真實的環境中，我們發現程序無法執行，並且CPU佔用爲0，這樣就有理由懷疑產生了死鎖，但是光懷疑是不行的，我們需要一個實際的驗證方法。接下來我們使用jdk提供的工具來檢測是否真正發生了死鎖。
運行上述的代碼，並在windows系統中使用cmd進入控制檯，輸入以下命令：

jps

可見控制檯輸出：我們上邊運行的類的類名以及對應的進程ID

接下來使用命令獲取進程對應線程的堆棧信息：

jstack 9284 

分析堆棧信息（提取有用的部分）

兩個線程都進行了加鎖操作（如上圖）

系統發現了一個Java-level的線程死鎖。ok，確認無疑是發生了死鎖現象。

避免死鎖

• 注意加鎖順序（這個很好理解，就像上邊的例子）
• 加鎖時限（超過時限放棄加鎖）
  實現方式–使用重入鎖。關於重入鎖可以見我之前的博客：併發容器J.U.C – AQS組件 鎖：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock、StempedLock
• 死鎖檢測（較難，就像分析上邊的線程情況）