Java并發(fā)編程中死鎖的實(shí)現(xiàn)

這篇文章給大家介紹Java并發(fā)編程中死鎖的實(shí)現(xiàn)，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對(duì)大家能有所幫助。

一、什么是死鎖

所謂死鎖是指多個(gè)線程因競(jìng)爭(zhēng)資源而造成的一種僵局(互相等待），若無(wú)外力作用，這些進(jìn)程都將無(wú)法向前推進(jìn)

二、死鎖產(chǎn)生的條件

以下將介紹死鎖的必要條件，只要系統(tǒng)發(fā)生死鎖,這些條件必然成立，而只要上述條件之一不滿足，就不會(huì)發(fā)生死鎖

互斥條件

進(jìn)程要求對(duì)所分配的資源(如打印機(jī)〉進(jìn)行排他性控制,即在一段時(shí)間內(nèi)某資源僅為一個(gè)進(jìn)程所占有。此時(shí)若有其他進(jìn)程請(qǐng)求該資源，則請(qǐng)求進(jìn)程只能等待

不可剝奪條件

進(jìn)程所獲得的資源在未使用完畢之前,不能被其他進(jìn)程強(qiáng)行奪走,即只能由獲得該資源的進(jìn)程自己來(lái)釋放（只能是主動(dòng)釋放)

請(qǐng)求與保持條件

進(jìn)程已經(jīng)保持了至少一個(gè)資源,但又提出了新的資源請(qǐng)求,而該資源已被其他進(jìn)程占有，此時(shí)請(qǐng)求進(jìn)程被阻塞，但對(duì)自己已獲得的資源保持不放

循環(huán)等待條件

存在一種進(jìn)程資源的循環(huán)等待鏈，鏈中每一個(gè)進(jìn)程已獲得的資源同時(shí)被鏈中下一個(gè)進(jìn)程所請(qǐng)求s即存在一個(gè)處于等待狀態(tài)的進(jìn)程集合{PI, P2，…,， pn}

其中Pi等待的資源被P(i+1)占有( i=0,1,… , n-1)，n等待的資源被Po占有

但也有可能Pi等待的資源被P(i+1)占有( i=0,1,… , n-1)，但可以通過(guò)圈外也獲取資源（不死鎖），如圖所示

三、死鎖產(chǎn)生的演示

接下來(lái)我們創(chuàng)建示例類，通過(guò)不同線程來(lái)獲取不同的鎖看看

public class Deadlock implements Runnable {

	private int flag;//用于區(qū)分走向
		
	//對(duì)象鎖 static 使不同線程引用的都是同一地址
	private static Object obj1 =new Object();
	
	//對(duì)象鎖 static 使不同線程引用的都是同一地址
	private static Object obj2 =new Object();
	
	public Deadlock(int flag) {
        this.flag = flag;
    }
	
	public void run(){
		
		if(flag == 1){
			synchronized (obj1){
				System.out.println(Thread.currentThread().getName ()
						+ "獲取Obj1，需要請(qǐng)求Obj2");
				try{
					Thread.sleep(1000);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				synchronized (obj2){
					System.out.println(Thread.currentThread().getName ()
						+ "已獲取Obj1、獲取Obj2");
				}
			}
		}else{
			synchronized (obj2){
				System.out.println(Thread.currentThread().getName ()
						+ "獲取Obj2，需要請(qǐng)求Obj1");
				try{
					Thread.sleep(1000);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				synchronized (obj1){
					System.out.println(Thread.currentThread().getName ()
						+ "已獲取Obj2、獲取Obj1");
				}
			}
		}
	}
}

這時(shí)我們創(chuàng)建兩個(gè)線程， 執(zhí)行這兩個(gè)obj的鎖，看看是否會(huì)產(chǎn)生死鎖

class DeadlockTest {
    public static void main(String[] args) {

        Thread thread1 = new Thread(new Deadlock(1),"線程1");
        Thread thread2 = new Thread(new Deadlock(2),"線程2");

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}
//運(yùn)行結(jié)果如下：
線程1獲取Obj1，需要請(qǐng)求Obj2
線程2獲取Obj2，需要請(qǐng)求Obj1

我們發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有已獲取obj1、obj2或者以獲取obj2、獲取obj1 的輸出，因?yàn)樗麄儩M足了死鎖產(chǎn)生的條件

四、死鎖的預(yù)防

預(yù)防死鎖是設(shè)法至少破壞產(chǎn)生死鎖的四個(gè)必要條件之一嚴(yán)格的防止死鎖的出現(xiàn)

破壞互斥條件

“互斥”條件是無(wú)法破壞的。在死鎖預(yù)防里主要是破壞其他幾個(gè)必要條件，而不去涉及破壞“互斥”條件

破壞“占有并等待”條件

破壞“占有并等待”條件，就是在系統(tǒng)中不允許進(jìn)程在已獲得某種資源的情況下，申請(qǐng)其他資源

即要想出一個(gè)辦法，阻止進(jìn)程在持有資源的同時(shí)申請(qǐng)其他資源，有以下思路可提供：

• 方法一：即創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)，要求它申請(qǐng)所需的全部資源，系統(tǒng)或滿足其所有要求，或什么也不給它

• 方法二：要求每個(gè)進(jìn)程提出新的資源申請(qǐng)前，釋放它所占有的資源

這樣一個(gè)進(jìn)程在需要資源A時(shí)，須先把它先前占有的資源R釋放掉，然后才能提出對(duì)A的申請(qǐng),即使它可能很快又要用到資源R

破壞“不可搶占”條件

破壞“不可搶占”條件就是允許對(duì)資源實(shí)行搶奪

如果占有某些資源的一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行下一步資源請(qǐng)求被拒絕,則該進(jìn)程必須釋放它最初占有的資源，如果有必要，可再次請(qǐng)求這些資源和另外的資源

如果一個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求當(dāng)前被另一個(gè)進(jìn)程占有的一個(gè)資源,則操作系統(tǒng)可以搶占另一個(gè)進(jìn)程，要求它釋放資源。只有在任意兩個(gè)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)都不相同的條件下，方法二才能預(yù)防死鎖

破壞“循環(huán)等待”條件

破壞“循環(huán)等待”條件的一種方法，是將系統(tǒng)中的所有資源統(tǒng)一編號(hào)，進(jìn)程可在任何時(shí)刻提出資源申請(qǐng)，但所有申請(qǐng)必須按照資源的編號(hào)順序（升序）提出。這樣做就能保證系統(tǒng)不出現(xiàn)死鎖。

五、死鎖的避免

死鎖的語(yǔ)法是是嚴(yán)格限制產(chǎn)生死鎖的條件，避免死鎖的方式不嚴(yán)格限制，因?yàn)榧词顾梨i的必要條件存在，也不一定發(fā)生死鎖。而是讓程序通過(guò)算法再滿足條件后避免死鎖

避免方法：有序資源分配算法

該算法實(shí)現(xiàn)步驟如下:

• 必須為所有資源統(tǒng)一編號(hào)，例如打印機(jī)為1、傳真機(jī)為2、磁盤為3等

• 同類資源必須一次申請(qǐng)完，例如打印機(jī)和傳真機(jī)一般為同一個(gè)機(jī)器必須同時(shí)申請(qǐng)

• 不同類資源必須按順序申請(qǐng)

舉例：有兩個(gè)進(jìn)程P1和P2，有兩個(gè)資源R1和R2，P1與P2線程、分別請(qǐng)求資源:R1、R2

P1先獲取R1、R2，而P2就請(qǐng)求等待P1釋放，這樣就破壞了環(huán)路條件，避免了死鎖的發(fā)生

避免方法：銀行家算法

銀行家算法（Banker's A1gorithm)是一個(gè)避免死鎖（Dead1ock）的著名算法，是由艾茲格·迪杰斯特拉在1965年為T.HE系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種避免死鎖產(chǎn)生的算法

它以銀行借貸系統(tǒng)的分配策略為基礎(chǔ)，判斷并保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。流程圖如下:

避免方法：順序加鎖

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

我們上面的示例代碼就是這樣的情況，線程1請(qǐng)求Obj1、Obj2，線程2請(qǐng)求Obj2、Obj1

而我們?nèi)绻軌虮ＷC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

列如我們線程1請(qǐng)求Obj1、Obj2，線程2請(qǐng)求Obj1、Obj2

按照順序加鎖是一種有效的死鎖預(yù)防機(jī)制。但是這種方式需要事先知道所有可能會(huì)用到的鎖,但總有些時(shí)候是無(wú)法預(yù)知的,所以該種方式只適合特定場(chǎng)景

避免方法：限時(shí)加鎖

限時(shí)加鎖是線程在嘗試獲取鎖的時(shí)候加一個(gè)超時(shí)時(shí)間，若超過(guò)這個(gè)時(shí)間則放棄對(duì)該鎖請(qǐng)求，并回退并釋放所有已經(jīng)獲得的鎖，然后等待一段隨機(jī)的時(shí)間再重試

以下展示了兩個(gè)線程以不同的順序嘗試獲取相同的兩個(gè)鎖，在發(fā)生超時(shí)后回很并重試的場(chǎng)景：

//線程 1 鎖定A
Thread 1 locks A

//線程 2  鎖定B
Thread 2 locks B

//線程 1 嘗試去鎖定B，但已被鎖定
Thread 1 attempts to lock 8 but is blocked

//線程 2 嘗試去鎖定A，但已被鎖定
Thread 2 attempts to lock A but is blocked

//線程 1 等待鎖定B的時(shí)間超時(shí)了
Thread 1' s lock attempt on B times out

//線程 1 進(jìn)行回退并釋放鎖定A的資源
Thread 1 backs up and releases A as well

//線程 1 等待一段時(shí)間再重試獲取
Thread 1 waits randomly (e.g. 257 millis) before retrying
Thread 2's lock attempt on A times out
Thread 2 backs up and releases B as well
Thread 2 waits randomly (e.g.43 millis) before retrying

在上面的例子中，線程2比線程1早200毫秒進(jìn)行重試加鎖，因此它可以先成功地獲取到兩個(gè)鎖，這時(shí)線程1嘗試獲取鎖A并且處于等待狀態(tài)，當(dāng)線程2結(jié)束時(shí)，線程1也可以順利的獲得這兩個(gè)鎖

這種方式有兩個(gè)缺點(diǎn)：

• 當(dāng)線程數(shù)量少時(shí)，該種方式可避免死鎖,但當(dāng)線程數(shù)量過(guò)多，這些線程的加鎖時(shí)限相同的概率就高很多，可能會(huì)導(dǎo)致超時(shí)后重試的死循環(huán)

• Java中不能對(duì)synchronized同步塊設(shè)置超時(shí)時(shí)間，你需要?jiǎng)?chuàng)建自定義鎖或使用Java5中 java .util.concurrent包下的工具

關(guān)于Java并發(fā)編程中死鎖的實(shí)現(xiàn)就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助，可以學(xué)到更多知識(shí)。如果覺(jué)得文章不錯(cuò)，可以把它分享出去讓更多的人看到。