java多線程死鎖問題的詳細介紹

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一、什么是死鎖

當兩個或兩個以上的線程在執行過程中，因為爭奪資源而造成的一種相互等待的狀態，由于存在一種環路的鎖依賴關系而永遠地等待下去，如果沒有外部干涉，他們將永遠等待下去，此時的這個狀態稱之為死鎖。

經典的 "哲學家進餐" 問題很好地描述了死鎖狀況：

• 5個哲學家去吃中餐，坐在一張圓桌旁，他們有5根筷子(而不是5雙)，并且每兩個人中間放一根筷子，哲學家們要么在思考，要么在進餐，每個人都需要一雙筷子才能吃到東西，并在吃完后將筷子放回原處繼續思考，有些筷子管理算法(1)能夠使每個人都能相對及時的吃到東西，但有些算法卻可能導致一些或者所有哲學家都"餓死"，后一種情況將產生死鎖：每個人都擁有其他人需要的資源，同時有等待其他人已經擁有的資源，并且每個人在獲取所有需要的資源之前都不會放棄已經擁有的資源。筷子管理算法(1)：一個饑餓的科學家會嘗試獲得兩根臨近的筷子，但如果其中一根正在被另一個科學家使用，那么他將放棄已經得到的那根筷子，并在等待幾分鐘之后嘗試

死鎖：每個人都立即抓住自己左邊的筷子，然后等待自己右邊的筷子空出來，但同時又不放下已經拿到的筷子，形成一種相互等待的狀態。饑餓：哲學家們都同時想吃飯，同時拿起左手邊筷子，但是發現右邊沒有筷子，于是哲學家又同時放下左手邊筷子，然后大家發現又有筷子了，又同時開始拿起左手邊筷子，又同時放下，然后反復進行。

在線程A持有鎖L并想獲得鎖M的同時，線程B持有鎖M并嘗試獲得鎖L，那么這兩個線程將永遠地等待下去，這種情況就是死鎖形式(或者稱為"抱死")

二、死鎖的四個必要條件

• 互斥條件：指進程對所分配到的資源進行排它性使用，即在一段時間內某資源只由一個進程占用。如果此時還有其它進程請求資源，則請求者只能等待，直至占有資源的進程用完釋放。

• 請求和保持條件：指進程已經保持至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源已被其它進程占有，此時請求進程阻塞，但又對自己已獲得的其它資源保持不放。

• 不剝奪條件：指進程已獲得的資源，在未使用完之前，不能被剝奪，只能在使用完時由自己釋放。

• 環路等待條件：指在發生死鎖時，必然存在一個進程——資源的環形鏈，即進程集合{A，B，C，···，Z}  中的A正在等待一個B占用的資源;B正在等待C占用的資源，……，Z正在等待已被A占用的資源。

三、死鎖實例

/**  * 死鎖類示例  */  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() {  System.out.println("flag:{}"+flag);  if (flag == 1) { //先鎖o1，再對o2加鎖，環路等待條件  synchronized (o1) {  try {  Thread.sleep(500);  } catch (Exception e) {  e.printStackTrace();  }  synchronized (o2) {  System.out.println("1");  }  }  }  if (flag == 0) {//先鎖o2，在鎖01  synchronized (o2) {  try {  Thread.sleep(500);  } catch (Exception e) {  e.printStackTrace();  }  synchronized (o1) {  System.out.println("0");  }  }  }  }  public static void main(String[] args) {  DeadLock td1 = new DeadLock();  DeadLock td2 = new DeadLock();  td1.flag = 1;  td2.flag = 0;  //td1,td2都處于可執行狀態，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();  }  }

1、當DeadLock  類的對象flag=1時(td1)，先鎖定o1,睡眠500毫秒2、而td1在睡眠的時候另一個flag==0的對象(td2)線程啟動，先鎖定o2,睡眠500毫秒3、td1睡眠結束后需要鎖定o2才能繼續執行，而此時o2已被td2鎖定;4、td2睡眠結束后需要鎖定o1才能繼續執行，而此時o1已被td1鎖定;5、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。

動態鎖順序死鎖：

// 資金轉賬到賬號  public static void transferMoney(Account fromAccount,  Account toAccount,  DollarAmount amount)  throws InsufficientFundsException {  // 鎖定匯款者的賬戶  synchronized (fromAccount) {  // 鎖定到賬者的賬戶  synchronized (toAccount) {  // 判斷賬戶的余額不能為負數  if (fromAccount.getBalance().compareTo(amount) < 0) {  throw new InsufficientFundsException();  } else {  // 匯款者的賬戶減錢  fromAccount.debit(amount);  // 到賬者的賬戶增錢  toAccount.credit(amount);  }  }  }  }

上面的代碼看起來都是按照相同的順序來獲得鎖的，按道理來說是沒有問題，但是上述代碼中上鎖的順序取決于傳遞給  transferMoney()的參數順序，而這些參數順序又取決于外部的輸入

• 如果兩個線程(A和B)同時調用 transferMoney()

• 其中一個線程(A)，從X向Y轉賬：  transferMoney(myAccount,yourAccount,10);

• 另一個線程(B)，從Y向X轉賬 ：  transferMoney(yourAccount,myAccount,20);

• 此時 A線程 可能獲得 myAccount 的鎖并等待  yourAccount的鎖，然而 B線程 此時已經持有 yourAccount 的鎖，并且正在等待 myAccount  的鎖，這種情況下就會發生死鎖。

當一組java線程發生死鎖的時候，那么這些線程永遠不能再使用了，根據線程完成工作的不同，可能會造成應用程序的完全停止，或者某個特定的子系統不能再使用了，或者是性能降低，這個時候恢復應用程序的唯一方式就是中止并重啟它，死鎖造成的影響很少會立即顯現出來，如果一個類發生死鎖，并不意味著每次都會發生死鎖，而只是表示有可能，當死鎖出現的時候，往往是在最糟糕的時候——在高負載的情況下。

四、死鎖的避免與檢測

4.1 預防死鎖

• 破壞互斥條件：使資源同時訪問而非互斥使用，就沒有進程會阻塞在資源上，從而不發生死鎖

• 破壞請求和保持條件：采用靜態分配的方式，靜態分配的方式是指進程必須在執行之前就申請需要的全部資源，且直至所要的資源全部得到滿足后才開始執行，只要有一個資源得不到分配，也不給這個進程分配其他的資源。

• 破壞不剝奪條件：即當某進程獲得了部分資源，但得不到其它資源，則釋放已占有的資源，但是只適用于內存和處理器資源。

• 破壞循環等待條件：給系統的所有資源編號，規定進程請求所需資源的順序必須按照資源的編號依次進行。

4.2 設置加鎖順序

如果兩個線程(A和B),當A線程已經鎖住了Z，而又去嘗試鎖住X，而X已經被線程B鎖住，線程A和線程B分別持有對應的鎖，而又去爭奪其他一個鎖(嘗試鎖住另一個線程已經鎖住的鎖)的時候，就會發生死鎖，如下圖：

兩個線程試圖以不同的順序來獲得相同的鎖，如果按照相同的順序來請求鎖，那么就不會出現循環的加鎖依賴性，因此也就不會產生死鎖，每個需要鎖Z和鎖X的線程都以相同的順序來獲取Z和X，那么就不會發生死鎖了，如下圖所示：

這樣死鎖就永遠不會發生。針對兩個特定的鎖，可以嘗試按照鎖對象的hashCode值大小的順序，分別獲得兩個鎖，這樣鎖總是會以特定的順序獲得鎖，我們通過設置鎖的順序，來防止死鎖的發生，在這里我們使用  System.identityHashCode方法來定義鎖的順序，這個方法將返回由Obejct.hashCode  返回的值，這樣就可以消除死鎖發生的可能性。

public class DeadLockExample3 {  // 加時賽鎖，在極少數情況下，如果兩個hash值相等，使用這個鎖進行加鎖  private static final Object tieLock = new Object();  public void transferMoney(final Account fromAcct,  final Account toAcct,  final DollarAmount amount)  throws InsufficientFundsException {  class Helper {  public void transfer() throws InsufficientFundsException {  if (fromAcct.getBalance().compareTo(amount) < 0)  throw new InsufficientFundsException();  else {  fromAcct.debit(amount);  toAcct.credit(amount);  }  }  }  // 得到兩個鎖的hash值  int fromHash = System.identityHashCode(fromAcct);  int toHash = System.identityHashCode(toAcct);  // 根據hash值判斷鎖順序，決定鎖的順序  if (fromHash < toHash) {  synchronized (fromAcct) {  synchronized (toAcct) {  new Helper().transfer();  }  }  } else if (fromHash > toHash) {  synchronized (toAcct) {  synchronized (fromAcct) {  new Helper().transfer();  }  }  } else {// 如果兩個對象的hash相等，通過tieLock來決定加鎖的順序，否則又會重新引入死鎖&mdash;&mdash;加時賽鎖  synchronized (tieLock) {  synchronized (fromAcct) {  synchronized (toAcct) {  new Helper().transfer();  }  }  }  }  }  }

• 在極少數情況下，兩個對象可能擁有兩個相同的散列值，此時必須通過某種任意的方法來決定鎖的順序，否則可能又會重新引入死鎖。

• 為了避免這種情況，可以使用 “加時(Tie-Breaking))”鎖，這獲得這兩個Account鎖之前，從而消除了死鎖發生的可能性

4.3  支持定時的鎖(超時放棄)

有一項技術可以檢測死鎖和從死鎖中恢復過來，就是使用Lock類中的定時  publicbooleantryLock(longtime,TimeUnitunit)throwsInterruptedException功能，來代替內置鎖機制，當使用內置鎖的時候，只要沒有獲得鎖，就會永遠等待下去，而  tryLock可以指定一個超時時間 (Timeout)，在等待超過時間后  tryLock會返回一個失敗信息，如果超時時限比獲取鎖的時間要長很多，那么就可以在發生某個意外后重新獲得控制權。如下圖所示： 

4.4 死鎖避免

死鎖防止方法能夠防止發生死鎖，但必然會降低系統并發性，導致低效的資源利用率，其中最具有代表性的避免死鎖算法是銀行家算法。

1、多個資源的銀行家算法

上圖中有五個進程，四個資源。左邊的圖表示已經分配的資源，右邊的圖表示還需要分配的資源。最右邊的 E、P 以及 A  分別表示：總資源、已分配資源以及可用資源，注意這三個為向量，而不是具體數值，例如 A=(1020)，表示 4 個資源分別還剩下 1/0/2/0。

檢查一個狀態是否安全的算法如下：

• 查找右邊的矩陣是否存在一行小于等于向量 A。如果不存在這樣的行，那么系統將會發生死鎖，狀態是不安全的。

• 假若找到這樣一行，將該進程標記為終止，并將其已分配資源加到 A 中。

• 重復以上兩步，直到所有進程都標記為終止，則狀態是安全的。

• 如果一個狀態不是安全的，需要拒絕進入這個狀態。

4.5 死鎖檢測

• 對資源的分配加以適當限制可防止或避免死鎖發生，但不利于進程對系統資源的充分共享。

• 為每個進程和每個資源指定一個唯一的號碼

• Jstack命令 jstack用于生成java虛擬機當前時刻的線程快照。線程快照是當前java虛擬機內每一條線程正在執行的方法堆棧的集合，生成線程快照的主要目的是定位線程出現長時間停頓的原因，如線程間死鎖、死循環、請求外部資源導致的長時間等待，線程出現停頓的時候通過jstack來查看各個線程的調用堆棧，就可以知道沒有響應的線程到底在后臺做什么事情，或者等待什么資源

• JConsole工具

Jconsole是JDK自帶的監控工具，在JDK/bin目錄下可以找到。它用于連接正在運行的本地或者

遠程的JVM，對運行在Java應用程序的資源消耗和性能進行監控，并畫出大量的圖表，提供強大

的可視化界面。而且本身占用的服務器內存很小，甚至可以說幾乎不消耗。

4.5 死鎖恢復

• 資源剝奪：剝奪陷于死鎖的進程所占用的資源，但并不撤銷此進程，直至死鎖解除

• 進程回退：根據系統保存的檢查點讓所有的進程回退，直到足以解除死鎖，這種措施要求系統建立保存檢查點、回退及重啟機制

• 進程撤銷：

1、撤銷陷入死鎖的所有進程，解除死鎖，繼續運行。

2、逐個撤銷陷入死鎖的進程，回收其資源并重新分配，直至死鎖解除。  可選擇符合下面條件之一的先撤銷：

1. CPU消耗時間最少者
   

2. 產生的輸出量最小者

3. 預計剩余執行時間最長者

4. 分得的資源數量最少者后優先級最低者

系統重啟：結束所有進程的執行并重新啟動操作系統。這種方法很簡單，但先前的工作全部作廢。

到此，相信大家對“java多線程死鎖問題的詳細介紹”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！