Java - 线程死锁

大家好，未来的Java巫师们！今天，我们将深入探讨Java编程中一个最棘手的概念：线程死锁。别担心，如果这听起来令人生畏 —— 在这节课结束时，你将变成一个死锁侦探，能够像专业人士一样发现并解决这些棘手的问题！

什么是线程死锁？

想象一下，你在一个晚宴上，你需要一把叉子和一把刀来吃饭。你拿起叉子，但当你伸手去拿刀时，你的朋友已经把它拿走了。同时，你的朋友也需要你的叉子来吃饭，但你不会放手，直到你拿到刀。你们俩都陷入了困境，等待对方释放你需要的东西。朋友们，这就是现实生活中的死锁！

在Java中，当两个或多个线程永久阻塞，每个线程都在等待其他线程释放资源时，就会发生死锁。这就像是一场墨西哥式的对峙，只不过是用Java线程代替了牛仔！

了解线程和同步

在我们进一步深入死锁之前，让我们快速回顾一些关键概念：

线程

线程就像是程序中的小工人，每个都执行一个特定的任务。它们可以同时工作，使你的程序更加高效。

同步

同步是一种确保一次只有一个线程可以访问共享资源的方法。这就像是在酒店房间的门上挂上一个“请勿打扰”的标志。

死锁是如何发生的

死锁通常在满足以下四个条件（称为Coffman条件）时发生：

1. 互斥：至少有一个资源必须以非共享模式持有。
2. 保持和等待：线程必须持有至少一个资源，同时等待获取其他线程持有的额外资源。
3. 无抢占：资源不能从线程中强制夺走；它们必须自愿释放。
4. 循环等待：两个或更多线程形成一个循环链，每个线程都在等待链中的下一个线程持有的资源。

示例：演示死锁情况

让我们看一个死锁情况的经典示例。我们将创建两个资源（由对象表示）和两个尝试以不同顺序获取这些资源的线程。

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("线程 1: 持有资源 1...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
System.out.println("线程 1: 等待资源 2...");
synchronized (resource2) {
System.out.println("线程 1: 持有资源 1 和资源 2");
}
}
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
synchronized (resource2) {
System.out.println("线程 2: 持有资源 2...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
System.out.println("线程 2: 等待资源 1...");
synchronized (resource1) {
System.out.println("线程 2: 持有资源 2 和资源 1");
}
}
});

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

让我们分解一下：

1. 我们创建两个Object实例，resource1和resource2，它们代表我们的共享资源。
2. 我们创建两个线程：

• thread1尝试先获取resource1，然后获取resource2。
• thread2尝试先获取resource2，然后获取resource1。

3. 两个线程都使用synchronized关键字来锁定资源。
4. 我们添加了一个小延迟（Thread.sleep(100)）来增加死锁发生的可能性。

当你运行这段代码时，很可能会导致死锁。线程1将获取resource1并等待resource2，而线程2将获取resource2并等待resource1。没有一个线程能够继续，导致死锁。

死锁解决方案示例

现在我们看到了死锁是如何发生的，让我们看看如何预防它。一个简单的解决方案是始终以相同的顺序获取所有线程的资源。

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("线程 1: 持有资源 1...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
synchronized (resource2) {
System.out.println("线程 1: 持有资源 1 和资源 2");
}
}
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println("线程 2: 持有资源 1...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
synchronized (resource2) {
System.out.println("线程 2: 持有资源 1 和资源 2");
}
}
});

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

在这个解决方案中：

1. 两个线程现在都先获取resource1，然后获取resource2。
2. 这确保了资源获取有一致的顺序，防止了循环等待条件。

避免死锁的最佳实践

1. 始终以相同的顺序获取锁：正如我们在解决方案示例中看到的，这可以防止循环等待。
2. 避免嵌套锁：尽量减少同步块的数量。
3. 使用tryLock()带超时：而不是无限期等待，使用tryLock()带超时尝试在特定时间段内获取锁。
4. 避免长时间持有锁：完成共享资源的使用后，立即释放锁。

结论

恭喜你！你刚刚解开了Java线程死锁的神秘面纱。记住，编写多线程程序就像编排一场复杂的舞蹈 —— 需要仔细的计划和协调，以确保所有的舞者（线程）都能平稳地移动，而不会踩到彼此的脚趾（或锁定彼此的资源）。

在你继续Java的旅程时，请记住这些概念，你将能够编写出高效、无死锁的多线程程序。祝编码愉快，愿你的线程始终保持和谐！

Credits: Image by storyset