java多線程學(xué)習(xí)之死鎖的模擬和避免(實(shí)例講解)
1.死鎖
死鎖是這樣一種情形：多個(gè)線程同時(shí)被阻塞，它們中的一個(gè)或者全部都在等待某個(gè)資源被釋放。由于線程被無限期地阻塞，因此程序不可能正常終止。
Java 死鎖產(chǎn)生的四個(gè)必要條件：
1、互斥使用，即當(dāng)資源被一個(gè)線程使用(占有)時(shí)，別的線程不能使用
2、不可搶占，資源請(qǐng)求者不能強(qiáng)制從資源占有者手中奪取資源，資源只能由資源占有者主動(dòng)釋放。
3、請(qǐng)求和保持，即當(dāng)資源請(qǐng)求者在請(qǐng)求其他的資源的同時(shí)保持對(duì)原有資源的占有。
4、循環(huán)等待，即存在一個(gè)等待隊(duì)列：P1占有P2的資源，P2占有P3的資源，P3占有P1的資源。這樣就形成了一個(gè)等待環(huán)路。
當(dāng)上述四個(gè)條件都成立的時(shí)候，便形成死鎖。當(dāng)然，死鎖的情況下如果打破上述任何一個(gè)條件，便可讓死鎖消失。
2.模擬一個(gè)死鎖
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() + "鄒保健開始拿餐具吃飯");
while (true) {
synchronized (DeadLock.bowl) {
System.out.println(new Date().toString() + "鄒保健搶到了碗");
Thread.sleep(3000); // 此處等待是給B能鎖住機(jī)會(huì)
synchronized (DeadLock.chopsticks) {
System.out.println(new Date().toString() + "鄒保健搶到了筷子");
Thread.sleep(60 * 1000); // 為測試，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() + "陳頂天開始拿餐具吃飯");
while (true) {
synchronized (DeadLock.chopsticks) {
System.out.println(new Date().toString() + "陳頂天搶到了筷子");
Thread.sleep(3000); // 此處等待是給A能鎖住機(jī)會(huì)
synchronized (DeadLock.bowl) {
System.out.println(new Date().toString() + "陳頂天搶到了碗");
Thread.sleep(60 * 1000); // 為測試，占用了就不放
}
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
結(jié)果：
Fri Mar 03 16:34:36 CST 2017陳頂天開始拿餐具吃飯 Fri Mar 03 16:34:37 CST 2017陳頂天搶到了筷子 Fri Mar 03 16:34:36 CST 2017鄒保健開始拿餐具吃飯 Fri Mar 03 16:34:37 CST 2017鄒保健搶到了碗
結(jié)果陳頂天同學(xué)搶到了參筷子，拿著不放，鄒保健同學(xué)搶到了碗，也死活不放手，但是只有一雙筷子和一雙碗，結(jié)果就是雙雙餓死。。。
3.避免死鎖
假如我們是陳頂天和鄒保健同學(xué)的同事，肯定不忍心看到他們餓死，那么怎么辦呢？
我們就要采取方法避免思索的發(fā)生，這邊介紹兩種方法，一種是加鎖順序（線程按照一定的順序加鎖）；另一種是加鎖時(shí)限（線程嘗試獲取鎖的時(shí)候加上一定的時(shí)限，超過時(shí)限則放棄對(duì)該鎖的請(qǐng)求，并釋放自己占有的鎖）；
3.1 加鎖順序
當(dāng)多個(gè)線程需要相同的一些鎖，但是按照不同的順序加鎖，死鎖就很容易發(fā)生。如果能確保所有的線程都是按照相同的順序獲得鎖，那么死鎖就不會(huì)發(fā)生。我們上面的代碼為了模擬死鎖，將線程LockA與LockB兩位同事的搶奪資源順序做了一個(gè)調(diào)整，LockA先搶碗，然后sleep3秒，LockB先搶筷子，我們現(xiàn)在把爭奪資源順序改一下，兩個(gè)線程都是先搶碗，再搶筷子，嚴(yán)格按照這個(gè)順序運(yùn)行，那么A搶到碗以后，B去爭奪資源，必須從搶碗開始，不能在搶不到碗的情況下去搶筷子，這樣就避免死鎖的發(fā)生，這也是避免死鎖最簡單的方法。
代碼修改如下：
/**
* 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() + "鄒保健開始拿餐具吃飯");
while (true) {
synchronized (UnDeadLock.bowl) {
System.out.println(new Date().toString() + "鄒保健搶到了碗");
synchronized (UnDeadLock.chopsticks) {
System.out.println(new Date().toString() + "鄒保健搶到了筷子");
}
}
Thread.sleep(5000);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class LockB implements Runnable {
public void run() {
try {
System.out.println(new Date().toString() + "陳頂天開始拿餐具吃飯");
while (true) {
synchronized (UnDeadLock.bowl) {
System.out.println(new Date().toString() + "陳頂天搶到了碗");
synchronized (UnDeadLock.chopsticks) {
System.out.println(new Date().toString() + "陳頂天搶到了筷子");
}
}
Thread.sleep(5000);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
此時(shí)運(yùn)行結(jié)果
Fri Mar 24 11:16:51 CST 2017鄒保健開始拿餐具吃飯 Fri Mar 24 11:16:51 CST 2017陳頂天開始拿餐具吃飯 Fri Mar 24 11:16:51 CST 2017鄒保健搶到了碗 Fri Mar 24 11:16:51 CST 2017鄒保健搶到了筷子 Fri Mar 24 11:16:51 CST 2017陳頂天搶到了碗 Fri Mar 24 11:16:51 CST 2017陳頂天搶到了筷子 Fri Mar 24 11:16:56 CST 2017鄒保健搶到了碗 Fri Mar 24 11:16:56 CST 2017鄒保健搶到了筷子 Fri Mar 24 11:16:56 CST 2017陳頂天搶到了碗 Fri Mar 24 11:16:56 CST 2017陳頂天搶到了筷子 Fri Mar 24 11:17:01 CST 2017鄒保健搶到了碗 Fri Mar 24 11:17:01 CST 2017鄒保健搶到了筷子
就不會(huì)再出現(xiàn)死鎖的情況了。
3.2 加鎖時(shí)效
加鎖時(shí)效的原理就是：給每一個(gè)訪問線程增加訪問時(shí)效，若一個(gè)線程沒有在給定的時(shí)限內(nèi)成功獲得所有需要的鎖，則會(huì)進(jìn)行回退并釋放所有已經(jīng)獲得的鎖（此時(shí)就打破了造成死鎖的四個(gè)原因中的第三個(gè)原因），然后等待一段隨機(jī)的時(shí)間再重試。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們不使用顯示的去鎖，我而是用信號(hào)量Semaphore去控制。信號(hào)量可以控制資源能被多少線程訪問，這里我們指定只能被一個(gè)線程訪問，就做到了類似鎖住。而信號(hào)量可以指定去獲取的超時(shí)時(shí)間，我們可以根據(jù)這個(gè)超時(shí)時(shí)間，去做一個(gè)額外處理。對(duì)于無法成功獲取的情況，一般就是重復(fù)嘗試，或指定嘗試的次數(shù)，也可以馬上退出。
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";
//信號(hào)量可以碗只能能被一個(gè)線程同時(shí)訪問
public static final Semaphore a1 = new Semaphore(1);
public static String chopsticks = "筷子";
//信號(hào)量可以筷子只能能被一個(gè)線程同時(shí)訪問
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() + "鄒保健開始拿餐具吃飯");
while (true) {
if (UnDeadLock.a1.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
System.out.println(new Date().toString() + "鄒保健搶到了碗");
if (UnDeadLock.a2.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
System.out.println(new Date().toString() + "鄒保健搶到了筷子,湊齊了餐具,準(zhǔn)備吃飯");
Thread.sleep(60 * 1000 * 10); // 搶到餐具就開始吃飯,吃飯時(shí)間十分鐘
} else {
System.out.println(new Date().toString() + "筷子已經(jīng)被搶走了,鄒保健搶筷子失敗");
}
} else {
System.out.println(new Date().toString() + "碗已經(jīng)被搶走了,鄒保健搶碗失敗");
}
UnDeadLock.a1.release(); // 釋放
UnDeadLock.a2.release();
System.out.println(new Date().toString() + "鄒保健把搶到的部分餐具又放回原處");
Thread.sleep(1000); // 馬上進(jìn)行嘗試，現(xiàn)實(shí)情況下do something是不確定的
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class LockBa implements Runnable {
public void run() {
try {
System.out.println(new Date().toString() + "陳頂天開始拿餐具吃飯");
while (true) {
if (UnDeadLock.a2.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
System.out.println(new Date().toString() + "陳頂天搶到了筷子");
if (UnDeadLock.a1.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
System.out.println(new Date().toString() + "陳頂天搶到了碗,湊齊了餐具,準(zhǔn)備吃飯");
Thread.sleep(60 * 1000 * 10); // 搶到餐具就開始吃飯,吃飯時(shí)間十分鐘
} else {
System.out.println(new Date().toString() + "碗已經(jīng)被搶走了,陳頂天搶碗失敗");
}
} else {
System.out.println(new Date().toString() + "筷子已經(jīng)被搶走了,陳頂天搶筷子失敗");
}
UnDeadLock.a1.release(); // 釋放
UnDeadLock.a2.release();
System.out.println(new Date().toString() + "陳頂天把搶到的部分餐具又放回原處");
Thread.sleep(10 * 1000);//這里只是為了演示，所以tryAcquire只用1秒，而且B要給A讓出能執(zhí)行的時(shí)間，否則兩個(gè)永遠(yuǎn)是死鎖
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
結(jié)果
Fri Mar 03 18:12:07 CST 2017鄒保健開始拿餐具吃飯 Fri Mar 03 18:12:07 CST 2017陳頂天開始拿餐具吃飯 Fri Mar 03 18:12:07 CST 2017鄒保健搶到了碗 Fri Mar 03 18:12:07 CST 2017陳頂天搶到了筷子 Fri Mar 03 18:12:08 CST 2017筷子已經(jīng)被搶走了,鄒保健搶筷子失敗 Fri Mar 03 18:12:08 CST 2017鄒保健把搶到的部分餐具又放回原處 Fri Mar 03 18:12:08 CST 2017陳頂天搶到了碗,湊齊了餐具,準(zhǔn)備吃飯 Fri Mar 03 18:12:10 CST 2017碗已經(jīng)被搶走了,鄒保健搶碗失敗 Fri Mar 03 18:12:10 CST 2017鄒保健把搶到的部分餐具又放回原處 Fri Mar 03 18:12:11 CST 2017鄒保健搶到了碗 Fri Mar 03 18:12:11 CST 2017鄒保健搶到了筷子,湊齊了餐具,準(zhǔn)備吃飯
很明顯看到，我們打破了滿足死鎖的第三條，即當(dāng)資源請(qǐng)求者在請(qǐng)求其他的資源的同時(shí)保持對(duì)原有資源的占有，當(dāng)沒有完全搶到碗和筷子的時(shí)候，兩個(gè)人（線程）全部釋放占有的資源，重新開始爭搶資源，這樣一個(gè)人搶到碗和筷子之后，吃飽再給另一個(gè)吃，這樣你就成功了拯救了你的兩位同事！
Semaphore api：
acquire
public void acquire()
throws InterruptedException
從此信號(hào)量獲取一個(gè)許可，在提供一個(gè)許可前一直將線程阻塞，否則線程被中斷。獲取一個(gè)許可（如果提供了一個(gè)）并立即返回，將可用的許可數(shù)減 1。
如果沒有可用的許可，則在發(fā)生以下兩種情況之一前，禁止將當(dāng)前線程用于線程安排目的并使其處于休眠狀態(tài)：
某些其他線程調(diào)用此信號(hào)量的 release() 方法，并且當(dāng)前線程是下一個(gè)要被分配許可的線程；或者
其他某些線程中斷當(dāng)前線程。
如果當(dāng)前線程：
被此方法將其已中斷狀態(tài)設(shè)置為 on ；或者
在等待許可時(shí)被中斷。
則拋出 InterruptedException，并且清除當(dāng)前線程的已中斷狀態(tài)。
拋出：
InterruptedException - 如果當(dāng)前線程被中斷
release
public void release()
釋放一個(gè)許可，將其返回給信號(hào)量。釋放一個(gè)許可，將可用的許可數(shù)增加 1。如果任意線程試圖獲取許可，則選中一個(gè)線程并將剛剛釋放的許可給予它。然后針對(duì)線程安排目的啟用（或再啟用）該線程。
不要求釋放許可的線程必須通過調(diào)用 acquire() 來獲取許可。通過應(yīng)用程序中的編程約定來建立信號(hào)量的正確用法。
wait()與sleep()的區(qū)別：
sleep()方法只讓出了CPU，而并不會(huì)釋放同步資源鎖?。?！
wait()方法則是指當(dāng)前線程讓自己暫時(shí)退讓出同步資源鎖，以便其他正在等待該資源的線程得到該資源進(jìn)而運(yùn)行;
以上這篇java多線程學(xué)習(xí)之死鎖的模擬和避免(實(shí)例講解)就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。
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