Java - Nguyên nhân Deadlock

Xin chào các bạn, những phù thủy Java tương lai! Hôm nay, chúng ta sẽ đi mạo hiểm vào một khái niệm khó hiểu trong lập trình Java: Deadlock. Đừng lo lắng nếu nó có vẻ quá khó khăn - đến cuối bài học này, bạn sẽ trở thành một nhà điều tra deadlock, có khả năng nhận ra và giải quyết các vấn đề này như một chuyên gia!

Java - Thread Deadlock

Định nghĩa của Thread Deadlock

Hãy tưởng tượng bạn đang ở tiệc đêm, và bạn cần cả một chén đũa và một cây dao để ăn. Bạn nhặt lấy chén đũa, nhưng khi bạn đến gần cây dao, người bạn đã lấy nó trước. Đồng thời, người bạn cũng cần chén đũa của bạn để ăn, nhưng bạn không đăng cơ cho đến khi bạn nhận được cây dao. Cả hai bạn đều bị kẹt, chờ đợi người kia để đăng cơ tài sản cần thiết. Đó, các bạn, chính là deadlock trong cuộc sống thực tế!

Trong Java, deadlock xảy ra khi hai hoặc nhiều thread bị chặn mãi mãi, mỗi thread đều chờ đợi người kia để đăng cơ một tài sản. Nó giống như một trận đối đầu Mexico, nhưng với các thread Java thay vì các cowboys!

Hiểu về Threads và Đồng bộ hóa

Trước khi chúng ta sâu hơn vào các deadlock, hãy nhanh chóng xem lại một số khái niệm quan trọng:

Threads

Threads giống như những người làm việc nhỏ trong chương trình của bạn, mỗi người thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Họ có thể làm việc đồng thời, làm cho chương trình của bạn hiệu quả hơn.

Đồng bộ hóa

Đồng bộ hóa là cách để đảm bảo rằng chỉ một thread có thể truy cập một tài sản chia sẻ tại một thời điểm. Nó giống như đặt một cái dấu "Không làm phiền" trên cửa phòng khách sạn.

Cách xảy ra Deadlocks

Deadlocks thường xảy ra khi đáp ứng bốn điều kiện (được biết đến như các điều kiện Coffman):

Loại bỏ đối đa: Ít nhất một tài sản phải được giữ trong chế độ không chia sẻ.
Đang giữ và Chờ đợi: Một thread phải đang giữ ít nhất một tài sản khi đang chờ đợi để có được các tài sản bổ sung được giữ bởi các thread khác.
Không có khởi động: Tài sản không thể bị cưỡng bức khỏi một thread; chúng phải được đăng cơ tự nguyện.
Chờ đợi trong hình tròn: Một chu kỳ của hai hoặc nhiều thread, mỗi thread đợi một tài sản được giữ bởi thread tiếp theo trong chu kỳ.

Ví dụ: Thể hiện tình huống Deadlock

Hãy xem xét một ví dụ cổ điển về tình huống deadlock. Chúng ta sẽ tạo ra hai tài sản (đại diện bởi các Object) và hai thread cố gắng lấy các tài sản này theo thứ tự khác nhau.

public class DeadlockExample {
private static Object resource1 = new Object();
private static Object resource2 = new Object();

public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println("Thread 1: Holding Resource 1...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
System.out.println("Thread 1: Waiting for Resource 2...");
synchronized (resource2) {
System.out.println("Thread 1: Holding Resource 1 and Resource 2");
}
}
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
synchronized (resource2) {
System.out.println("Thread 2: Holding Resource 2...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
System.out.println("Thread 2: Waiting for Resource 1...");
synchronized (resource1) {
System.out.println("Thread 2: Holding Resource 2 and Resource 1");
}
}
});

thread1.start();
thread2.start();
}
}

Hãy phân tích:

Chúng ta tạo ra hai thể hiện Object, resource1 và resource2, đại diện cho các tài sản chia sẻ của chúng ta.
Chúng ta tạo ra hai thread:

thread1 cố gắng lấy resource1 trước, sau đó resource2.
thread2 cố gắng lấy resource2 trước, sau đó resource1.

Cả hai thread đều sử dụng từ khóa synchronized để khóa các tài sản.
Chúng ta thêm một khoảng thời gian trễ nhỏ (Thread.sleep(100)) để tăng khả năng xảy ra deadlock.

Khi bạn chạy mã này, nó có thể dẫn đến deadlock. Thread 1 sẽ lấy resource1 và chờ đợi resource2, trong khi Thread 2 sẽ lấy resource2 và chờ đợi resource1. Không có thread nào có thể tiếp tục, dẫn đến deadlock.

Ví dụ Giải quyết Deadlock

Bây giờ khi chúng ta đã thấy cách một deadlock có thể xảy ra, hãy xem cách chúng ta có thể ngăn chặn nó. Một giải pháp đơn giản là luôn lấy các tài sản theo cùng một thứ tự trên tất cả các thread.

public class DeadlockSolutionExample {
private static Object resource1 = new Object();
private static Object resource2 = new Object();

public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println("Thread 1: Holding Resource 1...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
synchronized (resource2) {
System.out.println("Thread 1: Holding Resource 1 and Resource 2");
}
}
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println("Thread 2: Holding Resource 1...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
synchronized (resource2) {
System.out.println("Thread 2: Holding Resource 1 and Resource 2");
}
}
});

thread1.start();
thread2.start();
}
}

Trong giải pháp này:

Cả hai thread đều lấy resource1 trước, sau đó resource2.
Điều này đảm bảo rằng có một thứ tự nhất quán trong việc lấy tài sản, ngăn chặn điều kiện chờ đợi trong hình tròn.

Các thực hành tốt để tránh Deadlocks

Luôn lấy khóa theo cùng một thứ tự: Như chúng ta đã thấy trong ví dụ giải pháp, điều này ngăn chặn điều kiện chờ đợi trong hình tròn.
Tránh sử dụng khóa lồng nhau: Cố gắng giảm thiểu số lượng các khối đồng bộ.
Sử dụng tryLock() với thời gian chờ: Thay vì chờ mãi mãi, sử dụng tryLock() với thời gian chờ để cố gắng lấy khóa trong một khoảng thời gian cụ thể.
Tránh giữ khóa trong một khoảng thời gian dài: Đăng cơ khóa ngay sau khi bạn hoàn thành với tài sản chia sẻ.

Kết luận

Xin chúc mừng! Bạn vừa mở khóa bí ẩn của Java thread deadlocks. Nhớ rằng, việc viết các chương trình đa luồng như làm việc chỉnh đồ một vũ đài phức tạp - nó yêu cầu sự lên kế hoạch và phối hợp cẩn thận để đảm bảo tất cả các "dancer" (threads) di chuyển mượt mà mà không đáp trên chân nhau (hoặc khóa các tài sản của nhau).

Khi bạn tiếp tục hành trình Java của mình, hãy giữ các khái niệm này trong tâm và bạn sẽ được trang bị tốt để viết các chương trình đa luồng hiệu quả, không có deadlock. Chúc bạn mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi mãi

Credits: Image by storyset

Hướng Dẫn Trước:

Java - Giao tiếp giữa các luồng

Hướng Dẫn Tiếp Theo:

Java - gián đoạn một luồng