如何檢測(cè)并避免 Java 中的死鎖

如果你沒(méi)有參與過(guò)多線程并發(fā) Java 應(yīng)用程序的編碼，你可能會(huì)失敗。

# 如何避免 Java 線程死鎖？

這是 Java 面試 的熱門(mén)問(wèn)題之一, 也是多線程的編程中的重口味之一, 主要在招高級(jí)程序員時(shí)容易被問(wèn)到, 且有很多后續(xù)問(wèn)題。

盡管問(wèn)題看起來(lái)非常基本, 但大多數(shù) Java 開(kāi)發(fā)人員一旦你開(kāi)始深入, 就會(huì)陷入困境。

“什么是死鎖????？”

當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)線程在等待彼此釋放所需的資源(鎖定)并陷入無(wú)限等待即是死鎖。它僅在多任務(wù)或多線程的情況下發(fā)生。

# 如何檢測(cè) Java 中的死鎖？

雖然這可以有很多答案, 但我的版本是首先我會(huì)看看代碼, 如果我看到一個(gè)嵌套的同步塊，或從一個(gè)同步的方法調(diào)用其他同步方法, 或試圖在不同的對(duì)象上獲取鎖, 如果開(kāi)發(fā)人員不是非常小心，就很容易造成死鎖。

另一種方法是在運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)實(shí)際鎖定時(shí)找到它, 嘗試采取線程轉(zhuǎn)儲(chǔ),在 Linux 中,你可以通過(guò)kill -3命令執(zhí)行此操作, 關(guān)注公眾號(hào)小黃鴨編程社區(qū)，回復(fù)關(guān)鍵字手冊(cè)，獲取最新開(kāi)發(fā)手冊(cè)，這將打印應(yīng)用程序日志文件中所有線程的狀態(tài), 并且你可以看到哪個(gè)線程被鎖定在哪個(gè)線程對(duì)象上。  

你可以使用 fastthread.io 網(wǎng)站等工具分析該線程轉(zhuǎn)儲(chǔ), 這些工具允許你上載線程轉(zhuǎn)儲(chǔ)并對(duì)其進(jìn)行分析。

另一種方法是使用 jConsole 或 VisualVM, 它將顯示哪些線程被鎖定以及哪些對(duì)象被鎖定。

如果你有興趣了解故障排除工具和分析線程轉(zhuǎn)儲(chǔ)的過(guò)程, 我建議你看看 Uriah Levy 在多元視覺(jué)(PluraIsight)上《分析 Java 線程轉(zhuǎn)儲(chǔ)》課程。旨在詳細(xì)了解 Java 線程轉(zhuǎn)儲(chǔ), 并熟悉其他流行的高級(jí)故障排除工具。

# 編寫(xiě)一個(gè)將導(dǎo)致死鎖的Java程序？

一旦你回答了前面的問(wèn)題,他們可能會(huì)要求你編寫(xiě)代碼,這將導(dǎo)致Java死鎖。

/**   * Java 程序通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)等待來(lái)創(chuàng)建死鎖。 */  public class DeadLockDemo {
    /*       * 此方法請(qǐng)求兩個(gè)鎖,第一個(gè)字符串,然后整數(shù)       */       public void method1() {          synchronized (String.class) {              System.out.println("Aquired lock on String.class object");
            synchronized (Integer.class) {                  System.out.println("Aquired lock on Integer.class object");              }          }      }

    /*       * 此方法也請(qǐng)求相同的兩個(gè)鎖,但完全       * 相反的順序,即首先整數(shù),然后字符串。     * 如果一個(gè)線程持有字符串鎖,則這會(huì)產(chǎn)生潛在的死鎖       * 和其他持有整數(shù)鎖,他們等待對(duì)方,永遠(yuǎn)。     */       public void method2() {          synchronized (Integer.class) {              System.out.println("Aquired lock on Integer.class object");
            synchronized (String.class) {                  System.out.println("Aquired lock on String.class object");              }          }      }  }

如果 method1() 和 method2() 都由兩個(gè)或多個(gè)線程調(diào)用,則存在死鎖的可能性, 因?yàn)槿绻€程 1 在執(zhí)行 method1() 時(shí)在 Sting 對(duì)象上獲取鎖, 線程 2 在執(zhí)行 method2() 時(shí)在 Integer 對(duì)象上獲取鎖, 等待彼此釋放 Integer 和 String 上的鎖以繼續(xù)進(jìn)行一步, 但這永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。

 

此圖精確演示了我們的程序, 其中一個(gè)線程在一個(gè)對(duì)象上持有鎖, 并等待其他線程持有的其他對(duì)象鎖。  

你可以看到, Thread1 需要 Thread2 持有的 Object2 上的鎖,而 Thread2 希望獲得 Thread1 持有的 Object1 上的鎖。由于沒(méi)有線程愿意放棄, 因此存在死鎖, Java 程序被卡住。

其理念是, 你應(yīng)該知道使用常見(jiàn)并發(fā)模式的正確方法, 如果你不熟悉這些模式,那么 Jose Paumard 《應(yīng)用于并發(fā)和多線程的常見(jiàn) Java 模式》是學(xué)習(xí)的好起點(diǎn)

# 如何避免Java中的死鎖？

現(xiàn)在面試官來(lái)到最后一部分, 在我看來(lái), 最重要的部分之一; 如何修復(fù)代碼中的死鎖？或如何避免Java中的死鎖？

如果你仔細(xì)查看了上面的代碼,那么你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)死鎖的真正原因不是多個(gè)線程, 而是它們請(qǐng)求鎖的方式, 如果你提供有序訪問(wèn), 則問(wèn)題將得到解決。

下面是我的修復(fù)版本,它通過(guò)避免循環(huán)等待，而避免死鎖, 而不需要搶占, 這是需要死鎖的四個(gè)條件之一。

public class DeadLockFixed {
    /**       * 兩種方法現(xiàn)在都以相同的順序請(qǐng)求鎖,首先采用整數(shù),然后是 String。     * 你也可以做反向,例如,第一個(gè)字符串,然后整數(shù),       * 只要兩種方法都請(qǐng)求鎖定,兩者都能解決問(wèn)題       * 順序一致。     */      public void method1() {          synchronized (Integer.class) {              System.out.println("Aquired lock on Integer.class object");
            synchronized (String.class) {                  System.out.println("Aquired lock on String.class object");              }          }      }
    public void method2() {          synchronized (Integer.class) {              System.out.println("Aquired lock on Integer.class object");
            synchronized (String.class) {                  System.out.println("Aquired lock on String.class object");              }          }      }  }

現(xiàn)在沒(méi)有任何死鎖，因?yàn)閮煞N方法都按相同的順序訪問(wèn) Integer 和 String 類文本上的鎖。

因此,如果線程 A 在 Integer 對(duì)象上獲取鎖, 則線程 B 不會(huì)繼續(xù), 直到線程 A 釋放 Integer 鎖, 即使線程 B 持有 String 鎖, 線程 A 也不會(huì)被阻止, 因?yàn)楝F(xiàn)在線程 B 不會(huì)期望線程 A 釋放 Integer 鎖以繼續(xù)。