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  • 线程死锁
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    2022-06-14 09:15:36

    线程死锁:

    两个或两个以上的线程在执行过程中同时被阻塞,它们中的某个或者全部都在等待某个资源被释放,由于线程被无限期的阻塞,系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等待的线程被称为线程死锁

    线程死锁的演示

     如上图所示,线程A持有资源2,线程B持有资源1,它们都想申请对方的资源,所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态

     如果想要了解什么是线程阻塞的朋友,可以看我之前发的一篇线程的阻塞

    线程死锁示例代码如下:

    public class Demo {
    
        private static Object resource1 = new Object();    //资源 1
        private static Object resource2 = new Object();    //资源 2
    
        public static void main(String[] args) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                    synchronized (resource2) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    }
                }
            }, "线程 1").start();
            new Thread(() -> {
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                    synchronized (resource1) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    }
                }
            }, "线程 2").start();
        }
    }
    
    输出结果:
    Thread[线程 1,5,main]get resource1
    Thread[线程 2,5,main]get resource2
    Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
    Thread[线程 2,5,main]waiting get resource1

    线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁,然后通过Thread.sleep(1000);让线程 A 休眠 1s 为的是让线程 B 得到CPU执行权,然后获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源,然后这两个线程就会陷入互相等待的状态,这也就产生了死锁

     不了解synchronized的友友们,可以翻我之前的一篇关于synchronized

    形成死锁的四个必要条件:

    1. 互斥条件:线程(进程)对于所分配到的资源具有排它性,即一个资源只能被一个线程(进程)占用,直到被该线程(进程)释放
    2. 请求与保持条件:一个线程(进程)因请求资源而被阻塞时,对以获得的资源保持不放
    3. 不剥夺条件:线程(进程)已获得的资源在未使用完之前不能被其他线程强行剥夺,只有自己使用完毕后才释放资源
    4. 循环等待条件:当发生死锁时,所等待的线程(进程)必定会形成一个环路(类似于死循环),造成永久阻塞

    实际应用中,为了避免线程死锁,必须打破其中一个条件:

    • 互斥条件没有办法破坏,因为我们用锁本来就是想让它们互斥的(临界资源需要互斥访问)
    • 破坏请求与保持条件,一次性申请所有资源
    • 破坏不剥夺条件,占用部分资源的线程进一步申请其他资源时,如果申请不到,可以主动释放该线程占有的资源
    • 破坏循环等待条件,按某一顺序申请资源来预防死锁,释放资源则按此顺序的反序来释放

    大家有不理解可以翻我博客哦!

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    死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中,**因争夺资源而造成的互相等待**的现象,在无外力作用的情况下,这些线程会一直相互等待而无法继续运行下去,

    1. 什么是线程死锁

    死锁是指两个或两个以上的线程在执行过程中,因争夺资源而造成的互相等待的现象,在无外力作用的情况下,这些线程会一直相互等待而无法继续运行下去,如下图所示
    在这里插入图片描述
    在上图中,线程 A 已经持有了资源 2,它同时还想申请资源 1,线程 B 已经持有了资源 1,它同时还想申请资源 2,所以线程 1 和线程 2 就因为相互等待对方已经持有的资源,而进入了死锁状态。

    2. 死锁产生的原因

    那么为什么会产生死锁呢? 主要是由以下四个因素造成的:

    • 互斥条件:指线程对以获取到的资源进行排他性使用,即该资源同时只由一个线程占用。如果此时还有其他线程请求获取该资源,则请求者只能只能等待,直到占有资源的线程释放该资源。
    • 不可被剥夺条件:指线程获取到的资源在自己使用完之前不能被其他线程抢占,只有在自己使用完毕后才由自己释放该资源。
    • 请求并持有条件:值一个线程已经持有了至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而新资源已被其他线程占有,所以当前线程会被阻塞,但阻塞的同时并不释放自己已经获取的资源。
    • 环路等待条件:指在发生死锁时,必然存在一个(线程 — 资源)的环形链,即线程集合 {T0,T1,T2,…,Tn} 中的 T0 正在等待一个 T1 占用的资源,T1正在等待 T2 占用的资源,······Tn 正在等待已被 T0 占用的资源。

    下面用一个例子来说明线程死锁:

    public class ThreadDemo_线程死锁 {
        public static void main(String[] args) {
            Object lockA = new Object();
            Object lockB = new Object();
            Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    synchronized (lockA) {
                        System.out.println("线程1 获得锁A");
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println("线程1 等待锁B");
                        synchronized (lockB) {
                            System.out.println("线程1 获得锁B");
                        }
                    }
                }
            });
            t1.start();
            Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    synchronized (lockB) {
                        System.out.println("线程2 获得锁B");
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println("线程2 等待锁A");
                        synchronized (lockA) {
                            System.out.println("线程2 获得锁A");
                        }
                    }
                }
            });
            t2.start();
        }
    }
    
    

    通过C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\bin下的 VisualVM 就可以观察到我们启动的线程检测到了死锁,导致无法继续运行也无法结束进程,进入死锁状态。
    在这里插入图片描述
    输出如下结果:
    在这里插入图片描述

    分析代码结果:Thread-0 是线程1 ,Thread-1 是线程 2,代码首先创建了两个资源,并创建了两个线程。从结果输出可以看出,线程调度器先调度了线程 1,也就是把 CPU 资源分配给了线程 A,线程 A 使用 synchronized(lockA) 方法获得到了 lockA 的监视器锁,然后调用 sleep 函数休眠 1s,休眠 1s 是为了保证线程 1 在获取 lockB 对应的锁前让 线程 2 抢占到 CPU,获取到资源 lockB 对象的监视器锁资源,然后调用 sleep 函数休眠 1s。

    好了,到了这里线程 1 获取到了 lockA 资源,线程 2 获取到了 lockB 资源。线程 1 休眠结束后会企图获取 lockB 资源,而 lockB 资源被线程 2 所持有,所以线程 1 会阻塞而等待。而同时线程 2 休眠结束后会企图获取 lockA 资源,而 lockA 资源已经被线程 1 所持有,**所以线程 1 和线程 2 就陷入了相互等待的状态,也就产生了死锁。**下面谈谈本例是如何满足死锁的四个条件的。

    首先,lockA 和 lockB 都是互斥资源,当线程 1 调用了 synchronized(lockA) 方法获得到 lockA 上的监视器并释放前,线程 2 再调用 synchronized(lockA) 方法尝试获取该资源会被阻塞,只有线程 1 主动释放该锁,线程 2 才能获得,这满足了资源互斥条件

    线程 1 首先通过 synchronized(lockA) 方法获取到 lockA 上的监视器锁资源,然后通过 synchronized(lockB) 方法等待获取 lockB 上的监视器锁资源,这就构成了请求并持有条件

    线程 1 在获取 lockA 上的监视器锁资源后,该线程不会被线程 2 掠夺走,只有线程 1 自己主动释放 lockA 资源时,他才会放弃对该资源的持有权,这构成了资源不可剥夺条件

    线程 1 持有 lockA 资源并等待获取 lockB 资源,而线程 2 只有 lockB 资源并等待获取 lockA 资源,这构成了环路等待条件。所以线程 1 和线程 2 就进入了死锁状态。

    3. 如何避免线程死锁。

    要想避免死锁,只需要破坏掉至少一个构造死锁的必要条件即可,而在操作系统中,互斥条件和不可剥夺条件是系统规定的,这也没办法人为更改,而且这两个条件很明显是一个标准的程序应该所具备的特性。所以目前只有请求并持有和环路等待条件是可以被破坏的。

    造成死锁的原因其实和申请资源的顺序有很大关系 使用资源申请的有序性原则就可以避免死锁,那么什么是资源申请的有序性呢?我们对上面线程 2 的代码进行如下修改。

    // 创建线程 2
     Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    synchronized (lockA) {
                        System.out.println("线程2 获得锁A");
                        try {
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                        System.out.println("线程2 等待锁B");
                        synchronized (lockB) {
                            System.out.println("线程2 获得锁B");
                        }
                    }
                }
            });
            t2.start();
        }
    

    输出结果如下:
    在这里插入图片描述
    如上代码让在线程 2 中获取资源的顺序和在线程 1 中获取资源的顺序保持一致,其实资源分配有序性就是指,假如线程 1 和线程 2 都需要资源 1, 2, 3, … . , ,对资源进行排序,线程 1 和线程 2 有在获取了资源 n-1 时才能去获取资源 n

    我们可以简单分析一下为何资源的有序分配会避免死锁,比如上面的代码,假如线程1 和线程 2 同时执行到了 synchronized(lockA),只有1个线程可以获取到 lockA 上的监视器锁,假如线程 1 获取到了,那么线程 2 就会被阻塞而不会再去获取资源 B,线程 1 获取 lockA 的监视器锁后会去申请 lockB 的监视器锁资源,这时候线程 1 是可以获取到的,线程 1 获取到 lockB 资源并使用后会放弃对资源 lockB 的持有,然后再释放对 lockA 的持有,释放 lockA 后线程 2 才会被从阻塞状态变为激活状态。所以资源的有序性破坏了资源的请求并持有条件和环路等待条件,因此避免了死锁。

    展开全文
  • 线程死锁及避免方式

    2021-08-24 15:11:57
    线程死锁描述的是这样一种情况:多个线程同时被阻塞,它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞,因此程序不可能正常终止。 线程死锁 如下图所示,线程 A 持有资源 2,线程 B 持有资源 ...

    线程死锁描述的是这样一种情况:多个线程同时被阻塞,它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞,因此程序不可能正常终止。

    线程死锁

    如下图所示,线程 A 持有资源 2,线程 B 持有资源 1,他们同时都想申请对方的资源,所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。

    在这里插入图片描述
    线程死锁示意图

    下面通过一个例子来说明线程死锁,代码模拟了上图的死锁的情况 (代码来源于《并发编程之美》):

    public class DeadLockDemo {
        private static Object resource1 = new Object();//资源 1
        private static Object resource2 = new Object();//资源 2
    
        public static void main(String[] args) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                    synchronized (resource2) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    }
                }
            }, "线程 1").start();
    
            new Thread(() -> {
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                    synchronized (resource1) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    }
                }
            }, "线程 2").start();
        }
    }
    

    Output

    Thread[线程 1,5,main]get resource1
    Thread[线程 2,5,main]get resource2
    Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
    Thread[线程 2,5,main]waiting get resource1
    

    线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁,然后通过Thread.sleep(1000);让线程 A 休眠 1s 为的是让线程 B 得到执行然后获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源,然后这两个线程就会陷入互相等待的状态,这也就产生了死锁。上面的例子符合产生死锁的四个必要条件。

    学过操作系统的朋友都知道产生死锁必须具备以下四个条件:

    1. 互斥条件:该资源任意一个时刻只由一个线程占用。
    2. 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。
    3. 不剥夺条件:线程已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺,只有自己使用完毕后才释放资源。
    4. 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

    如何避免线程死锁?

    我上面说了产生死锁的四个必要条件,为了避免死锁,我们只要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了。现在我们来挨个分析一下:

    1. 破坏互斥条件 :这个条件我们没有办法破坏,因为我们用锁本来就是想让他们互斥的(临界资源需要互斥访问)。
    2. 破坏请求与保持条件 :一次性申请所有的资源。
    3. 破坏不剥夺条件 :占用部分资源的线程进一步申请其他资源时,如果申请不到,可以主动释放它占有的资源。
    4. 破坏循环等待条件 :靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源,释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。

    我们对线程 2 的代码修改成下面这样就不会产生死锁了。

      new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                }
            }
        }, "线程 2").start();
    

    Output

    Thread[线程 1,5,main]get resource1
    Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
    Thread[线程 1,5,main]get resource2
    Thread[线程 2,5,main]get resource1
    Thread[线程 2,5,main]waiting get resource2
    Thread[线程 2,5,main]get resource2
    
    Process finished with exit code 0
    

    我们分析一下上面的代码为什么避免了死锁的发生?

    线程 1 首先获得到 resource1 的监视器锁,这时候线程 2 就获取不到了。然后线程 1 再去获取 resource2 的监视器锁,可以获取到。然后线程 1 释放了对 resource1、resource2 的监视器锁的占用,线程 2 获取到就可以执行了。这样就破坏了破坏循环等待条件,因此避免了死锁。

    展开全文
  • 什么是线程死锁?如何避免死锁?

    千次阅读 2021-04-08 10:29:49
    1. 什么是线程死锁 线程死锁描述的是这样一种情况:多个线程同时被阻塞,它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞,因此程序不可能正常终止。 如下图所示,线程 A 持有资源 2,线程 B ...

    1. 什么是线程死锁

    线程死锁描述的是这样一种情况:多个线程同时被阻塞,它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞,因此程序不可能正常终止。

    如下图所示,线程 A 持有资源 2,线程 B 持有资源 1,他们同时都想申请对方的资源,所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。

    在这里插入图片描述
    下面的代码模拟了上图的死锁的情况

    public class DeadLockDemo {
        private static Object resource1 = new Object();//资源 1
        private static Object resource2 = new Object();//资源 2
    
        public static void main(String[] args) {
            new Thread(() -> {
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                    synchronized (resource2) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    }
                }
            }, "线程 1").start();
    
            new Thread(() -> {
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1");
                    synchronized (resource1) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    }
                }
            }, "线程 2").start();
        }
    }
    

    结果:

    Thread[线程 1,5,main]get resource1
    Thread[线程 2,5,main]get resource2
    Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
    Thread[线程 2,5,main]waiting get resource1
    

    结果说明:

    线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁,然后通过Thread.sleep(1000);让线程 A 休眠 1s 为的是让线程 B 得到执行然后获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源,然后这两个线程就会陷入互相等待的状态,这也就产生了死锁。上面的例子符合产生死锁的四个必要条件。
     

    2. 产生死锁的必要条件

    学过操作系统的朋友都知道产生死锁必须具备以下四个条件:

    1. 互斥条件:该资源任意一个时刻只由一个线程占用。
    2. 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。
    3. 不剥夺条件:线程已获得的资源在未使用完之前不能被其他线程强行剥夺,只有自己使用完毕后才释放资源。
    4. 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

     

    3. 如何避免线程死锁?

    上面说了产生死锁的四个必要条件,为了避免死锁,只需要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了。现在我们来挨个分析一下:

    1. 破坏互斥条件 :这个条件我们没有办法破坏,因为我们用锁本来就是想让他们互斥的(临界资源需要互斥访问)。
    2. 破坏请求与保持条件 :一次性申请所有的资源。
    3. 破坏不剥夺条件 :占用部分资源的线程进一步申请其他资源时,如果申请不到,可以主动释放它占有的资源。
    4. 破坏循环等待条件 :靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源,释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。

    我们对上面的代码进行修改,将线程 2 的代码修改成下面这样就不会产生死锁了。

     new Thread(() -> {
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2");
                    synchronized (resource2) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2");
                    }
                }
            }, "线程 2").start();
    

    结果:

    Thread[线程 1,5,main]get resource1
    Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2
    Thread[线程 1,5,main]get resource2
    Thread[线程 2,5,main]get resource1
    Thread[线程 2,5,main]waiting get resource2
    Thread[线程 2,5,main]get resource2
    
    Process finished with exit code 0
    

    结果分析:

    我们分析一下上面的代码为什么避免了死锁的发生?

    线程 1 首先获得到 resource1 的监视器锁,这时候线程 2 就获取不到了。然后线程 1 再去获取 resource2 的监视器锁,可以获取到。然后线程 1 释放了对 resource1、resource2 的监视器锁的占用,线程 2 获取到就可以执行了。这样就破坏了破坏循环等待条件,因此避免了死锁。
     

    参考:

    https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/

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