每日一技|活锁，也许你需要了解一下

Posted 2020-12-19

前两天看极客时间 Java 并发课程的时候，刷到一个概念：活锁。死锁，倒是不陌生，活锁却是第一次听到。

在介绍活锁之前,我们先来复习一下死锁。下面的例子模拟一个转账业务，多线程环境，为了账户金额安全，对账户进行了加锁。

 1public class Account {
 2    public Account(int balance, String card) {
 3        this.balance = balance;
 4        this.card = card;
 5    }
 6    private int balance;
 7    private String card;
 8    public void addMoney(int amount) {
 9        balance += amount;
10    }
11      // 省略 get set 方法
12}
13public class AccountDeadLock {
14    public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException {
15        // 模拟正常的前置业务
16        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
17        synchronized (from) {
18            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock from account " + from.getCard());
19            synchronized (to) {
20                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock to account " + to.getCard());
21                // 转出账号扣钱
22                from.addMoney(-amount);
23                // 转入账号加钱
24                to.addMoney(amount);
25            }
26        }
27        System.out.println("transfer success");
28    }
29
30    public static void main(String[] args) {
31        Account from = new Account(100, "6000001");
32        Account to = new Account(100, "6000002");
33
34        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
35
36        // 线程 1
37        threadPool.execute(() -> {
38            try {
39                transfer(from, to, 50);
40            } catch (InterruptedException e) {
41                e.printStackTrace();
42            }
43        });
44
45        // 线程 2
46        threadPool.execute(() -> {
47            try {
48                transfer(to, from, 30);
49            } catch (InterruptedException e) {
50                e.printStackTrace();
51            }
52        });
53
54
55    }
56}

上述例子中，当两个线程进入转账方法，线程 1 获取账户 6000001 这把锁，线程 2 锁住了账户 6000002 锁。

接着当线程 1 想去获取 6000002 的锁时，由于这把锁已经被线程 2 持有，线程 1 将会陷入阻塞，线程状态转为 BLOCKED。同理，线程 2 也是同样状态。

1pool-1-thread-1 lock from account 6000001
2pool-1-thread-2 lock from account 6000002

通过日志，可以看到两个线程开始转账方法之后，就陷入等待。

synchronized获取不到锁就会阻塞，进行等待。既然这样，我们可以使用 ReentrantLock#tryLock(long timeout, TimeUnit unit)进行改造。tryLock若能获取锁，将会返回 true，若不能获取锁将会进行等待，直到满足下列条件：

• 超时时间内获取到了锁，返回 true
• 超时时间内未获取到锁，返回 false
• 中断，抛出异常

改造后代码如下：

 1public class Account {
 2    public Account(int balance, String card) {
 3        this.balance = balance;
 4        this.card = card;
 5    }
 6    private int balance;
 7    private String card;
 8    public void addMoney(int amount) {
 9        balance += amount;
10    }
11      // 省略 get set 方法
12}
13public class AccountLiveLock {
14
15    public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException {
16        // 模拟正常的前置业务
17        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
18        // 保证转账一定成功
19        while (true) {
20            if (from.lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
21                try {
22                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock from account " + from.getCard());
23                    if (to.lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
24                        try {
25                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock to account " + to.getCard());
26                            // 转出账号扣钱
27                            from.addMoney(-amount);
28                            // 转入账号加钱
29                            to.addMoney(amount);
30                            break;
31                        } finally {
32                            to.lock.unlock();
33                        }
34
35                    }
36                } finally {
37                    from.lock.unlock();
38                }
39            }
40        }
41        System.out.println("transfer success");
42
43    }
44
45    public static void main(String[] args) {
46        Account from = new Account(100, "A");
47        Account to = new Account(100, "B");
48
49        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
50
51        // 线程 1
52        threadPool.execute(() -> {
53            try {
54                transfer(from, to, 50);
55            } catch (InterruptedException e) {
56                e.printStackTrace();
57            }
58        });
59
60        // 线程 2
61        threadPool.execute(() -> {
62            try {
63                transfer(to, from, 30);
64            } catch (InterruptedException e) {
65                e.printStackTrace();
66            }
67        });
68    }
69}

上面代码使用了 while(true)，获取锁失败，不断重试，直到成功。运行这个方法，运气好点，一把就能成功，运气不好，就会如下：

1pool-1-thread-1 lock from account 6000001
2pool-1-thread-2 lock from account 6000002
3pool-1-thread-2 lock from account 6000002
4pool-1-thread-1 lock from account 6000001
5pool-1-thread-1 lock from account 6000001
6pool-1-thread-2 lock from account 6000002

transfer 方法一直在运行，但是最终却得不到成功结果，这就是个活锁的例子。

死锁将会造成线程阻塞，程序看起来就像陷入假死一样。就像路上碰到人，你盯着我，我盯着你，互相等待对方让道，最后谁也过不去。

你愁啥？瞅你咋啦？

而活锁不一样，线程不断重复同样的操作，但也却执行不成功。还拿上面举例，这次你往左一步，他往右边一步，巧了，又碰上。然后不断循环，最后还是谁也过不去。

图片来源：知乎

分析死锁这个例子，两个线程获取的锁的顺序不一致，最后导致互相需要对方手中的锁。如果两个线程加锁顺序一致，所需条件就会一样，势必就不会产生死锁了。

我们以卡号大小为顺序，每次都给卡号比较大的账户先加锁，这样就可以解决死锁问题，代码修改如下：

 1// 其他代码不变    
 2public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException {
 3        // 模拟正常的前置业务
 4        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
 5        Account maxAccount=from;
 6        Account minAccount=to;
 7        if(Long.parseLong(from.getCard())<Long.parseLong(to.getCard())){
 8            maxAccount=to;
 9            minAccount=from;
10        }
11
12        synchronized (maxAccount) {
13            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock  account " + maxAccount.getCard());
14            synchronized (minAccount) {
15                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock  account " + minAccount.getCard());
16                // 转出账号扣钱
17                from.addMoney(-amount);
18                // 转入账号加钱
19                to.addMoney(amount);
20            }
21        }
22        System.out.println("transfer success");
23    }

对于活锁的例子，存在两个问题：

一是锁的锁超时时间都一样，导致两个线程几乎同时释放锁，重试时又同时上锁，然后陷入死循环。解决这个问题，我们可以使超时时间不一样，引入一定的随机性。

二是这里使用 while(true),实际开发中万万不能这么玩。这种情况我们需要设置最大的重试次数。

画外音：如果重试这么多次，一直不成功，但是业务却想成功。现在不成功，不要傻着一直试，先放下，记录下来，待会再重试补偿呗~

活锁的代码可以改成如下：

 1        public static final int MAX_TIME = 5;
 2    public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException {
 3        // 模拟正常的前置业务
 4        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
 5        // 保证转账一定成功
 6        Random random = new Random();
 7        int retryTimes = 0;
 8        boolean flag=false;
 9        while (retryTimes++ < MAX_TIME) {
10            // 等待时间随机
11            if (from.lock.tryLock(random.nextInt(1000), TimeUnit.MILLISECONDS)) {
12                try {
13                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock from account " + from.getCard());
14                    if (to.lock.tryLock(random.nextInt(1000), TimeUnit.MILLISECONDS)) {
15                        try {
16                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock to account " + to.getCard());
17                            // 转出账号扣钱
18                            from.addMoney(-amount);
19                            // 转入账号加钱
20                            to.addMoney(amount);
21                            flag=true;
22                            break;
23                        } finally {
24                            to.lock.unlock();
25                        }
26
27                    }
28                } finally {
29                    from.lock.unlock();
30                }
31            }
32        }
33        if(flag){
34            System.out.println("transfer success"); 
35        }else {
36            System.out.println("transfer failed");
37        }
38    }

总结

死锁是日常开发中比较容易碰到的情况，我们需要小心，注意加锁的顺序。活锁，碰到情况可能不常见，本质上我们只需要注意设置最大的重试次数，就不会永远陷入一直重试中。

参考链接

http://c.biancheng.net/view/4786.html

https://www.javazhiyin.com/43117.html