死锁及预防

Posted 2020-11-01 时间的朋友

一、死锁产生的四个条件

死锁（死锁最初概念是在多进程模式下提出的，这里以线程来描述是同一个意思）是多线程并发程序中的一个难题，要产生死锁需要满足下面4个条件：

1. 有限资源互斥条件：资源只能被线程独占，只有被释放后才能被其它线程占用，如光驱、打印机等，这是有资源本身属性锁决定的。现实生活中独木桥就是一个独占资源。
2. 已占用资源不可抢占：线程在获得资源使用完毕前，其它申请者无法抢占资源，只能等资源占用者主动释放。
3. 已占用资源且申请其它互斥资源：线程已占用一个互斥资源，又申请被其它线程占用的互斥资源。
4. 循环等待：多线程循环等待已被其它线程占用的互斥资源。

二、死锁的预防

从破坏死锁产生的四个条件角度考虑：

   〈1〉打破互斥条件。即允许进程同时访问某些资源。但是，有的资源是不允许被同时访问的，像打印机等等，这是由资源本身的属性所决定的。所以，这种办法并无实用价值。

   〈2〉打破不可抢占条件。即允许进程强行从占有者那里夺取某些资源。就是说，当一个进程已占有了某些资源，它又申请新的资源，但不能立即被满足时，它必须释放所占有的全部资源，以后再重新申请。它所释放的资源可以分配给其它进程。这就相当于该进程占有的资源被隐蔽地强占了。这种预防死锁的方法实现起来困难，会降低系统性能。    

    〈3〉打破占有且申请条件。可以实行资源预先分配策略。即进程在运行前一次性地向系统申请它所需要的全部资源。如果某个进程所需的全部资源得不到满足，则不分配任何资源，此进程暂不运行。只有当系统能够满足当前进程的全部资源需求时，才一次性地将所申请的资源全部分配给该进程。由于运行的进程已占有了它所需的全部资源，所以不会发生占有资源又申请资源的现象，因此不会发生死锁。但是，这种策略也有如下缺点：

（1）在许多情况下，一个进程在执行之前不可能知道它所需要的全部资源。这是由于进程在执行时是动态的，不可预测的；

（2）资源利用率低。无论所分资源何时用到，一个进程只有在占有所需的全部资源后才能执行。即使有些资源最后才被该进程用到一次，但该进程在生存期间却一直占有它们，造成长期占着不用的状况。这显然是一种极大的资源浪费；

（3）降低了进程的并发性。因为资源有限，又加上存在浪费，能分配到所需全部资源的进程个数就必然少了。    

（4）打破循环等待条件，实行资源有序分配策略。采用这种策略，即把资源事先分类编号，按号分配，使进程在申请，占用资源时不会形成环路。所有进程对资源的请求必须严格按资源序号递增的顺序提出。进程占用了小号资源，才能申请大号资源，就不会产生环路，从而预防了死锁。这种策略与前面的策略相比，资源的利用率和系统吞吐量都有很大提高，但是也存在以下缺点：

（1）限制了进程对资源的请求，同时给系统中所有资源合理编号也是件困难事，并增加了系统开销；

（2）为了遵循按编号申请的次序，暂不使用的资源也需要提前申请，从而增加了进程对资源的占用时间。

三、Java死锁范例分析以及避免

package com.journaldev.threads;
 
public class ThreadDeadlock {
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object obj1 = new Object();
        Object obj2 = new Object();
        Object obj3 = new Object();
 
        Thread t1 = new Thread(new SyncThread(obj1, obj2), "t1");
        Thread t2 = new Thread(new SyncThread(obj2, obj3), "t2");
        Thread t3 = new Thread(new SyncThread(obj3, obj1), "t3");
 
        t1.start();
        Thread.sleep(5000);
        t2.start();
        Thread.sleep(5000);
        t3.start();
 
    }
 
}
 
class SyncThread implements Runnable{
    private Object obj1;
    private Object obj2;
 
    public SyncThread(Object o1, Object o2){
        this.obj1=o1;
        this.obj2=o2;
    }
    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(name + " acquiring lock on "+obj1);
        synchronized (obj1) {
         System.out.println(name + " acquired lock on "+obj1);
         work();
         System.out.println(name + " acquiring lock on "+obj2);
         synchronized (obj2) {
            System.out.println(name + " acquired lock on "+obj2);
            work();
        }
         System.out.println(name + " released lock on "+obj2);
        }
        System.out.println(name + " released lock on "+obj1);
        System.out.println(name + " finished execution.");
    }
    private void work() {
        try {
            Thread.sleep(30000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

死锁分析，通过jstack产生的线程快照，可以清晰的发现死锁线程及产生的原因。

Java编码上避免死锁的方法：

• 避免嵌套封锁：这是死锁最主要的原因的，如果你已经有一个资源了就要避免封锁另一个资源。如果你运行时只有一个对象封锁，那是几乎不可能出现一个死锁局面的。例如，这里是另一个运行中没有嵌套封锁的run()方法，而且程序运行没有死锁局面，运行得很成功。

• 只对有请求的进行封锁：你应当只想你要运行的资源获取封锁，比如在上述程序中我在封锁的完全的对象资源。但是如果我们只对它所属领域中的一个感兴趣，那我们应当封锁住那个特殊的领域而并非完全的对象。
• 避免无限期的等待：如果两个线程正在等待对象结束，无限期的使用线程加入，如果你的线程必须要等待另一个线程的结束，若是等待进程的结束加入最好准备最长时间。
• 使用lock时要在正确的位置如finally代码块中释放锁。

• Java死锁范例以及如何分析死锁