Java多线程死锁原因及如何避免

 

Java线程死锁如何避免这一悲剧  Java线程死锁需要如何解决，这个问题一直在我们不断的使用中需要只有不断的关键。不幸的是，使用上锁会带来其他问题。让我们来看一些常见问题以及相应的解决方法：

　　Java线程死锁

　　Java线程死锁是一个经典的多线程问题，因为不同的线程都在等待那些根本不可能被释放的锁，从而导致所有的工作都无法完成。假设有两个线程，分别代表两个饥饿的人，他们必须共享刀叉并轮流吃饭。他们都需要获得两个锁：共享刀和共享叉的锁。

　　假如线程 “A”获得了刀，而线程“B”获得了叉。线程“A”就会进入阻塞状态来等待获得叉，而线程“B”则阻塞来等待“A”所拥有的刀。这只是人为设计的例子，但尽管在运行时很难探测到，这类情况却时常发生。虽然要探测或推敲各种情况是非常困难的，但只要按照下面几条规则去设计系统，就能够避免Java线程死锁问题：

　　让所有的线程按照同样的顺序获得一组锁。这种方法消除了 X 和 Y 的拥有者分别等待对方的资源的问题。

 

　　将多个锁组成一组并放到同一个锁下。前面Java线程死锁的例子中，可以创建一个银器对象的锁。于是在获得刀或叉之前都必须获得这个银器的锁。

 

　　将那些不会阻塞的可获得资源用变量标志出来。当某个线程获得银器对象的锁时，就可以通过检查变量来判断是否整个银器集合中的对象锁都可获得。如果是，它就可以获得相关的锁，否则，就要释放掉银器这个锁并稍后再尝试。

 

　　最重要的是，在编写代码前认真仔细地设计整个系统。多线程是困难的，在开始编程之前详细设计系统能够帮助你避免难以发现Java线程死锁的问题。

 

　　Volatile 变量，volatile 关键字是 Java 语言为优化编译器设计的。以下面的代码为例：

　　1.class VolatileTest {

　　2.public void foo() {

　　3.boolean flag = false;

　　4.if(flag) {

　　5.//this could happen

　　6.}

　　7.}

　　8.}

　　一个优化的编译器可能会判断出if部分的语句永远不会被执行，就根本不会编译这部分的代码。如果这个类被多线程访问， flag被前面某个线程设置之后，在它被if语句测试之前，可以被其他线程重新设置。用volatile关键字来声明变量，就可以告诉编译器在编译的时候，不需要通过预测变量值来优化这部分的代码。

　　无法访问的Java线程死锁有时候虽然获取对象锁没有问题，线程依然有可能进入阻塞状态。在 Java 编程中IO就是这类问题最好的例子。当线程因为对象内的IO调用而阻塞时，此对象应当仍能被其他线程访问。该对象通常有责任取消这个阻塞的IO操作。造成阻塞调用的线程常常会令同步任务失败。如果该对象的其他方法也是同步的，当线程被阻塞时，此对象也就相当于被冷冻住了。

　　其他的线程由于不能获得对象的Java线程死锁，就不能给此对象发消息（例如，取消 IO 操作）。必须确保不在同步代码中包含那些阻塞调用，或确认在一个用同步阻塞代码的对象中存在非同步方法。尽管这种方法需要花费一些注意力来保证结果代码安全运行，但它允许在拥有对象的线程发生阻塞后，该对象仍能够响应其他线程。

 

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死锁是这样一种情形：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。 

  导致死锁的根源在于不适当地运用“synchronized”关键词来管理线程对特定对象的访问。“synchronized”关键词的作用是，确保在某个时刻只有一个线程被允许执行特定的代码块，因此，被允许执行的线程首先必须拥有对变量或对象的排他性的访问权。当线程访问对象时，线程会给对象加锁，而这个锁导致其它也想访问同一对象的线程被阻塞，直至第一个线程释放它加在对象上的锁。 

  由于这个原因，在使用“synchronized”关键词时，很容易出现两个线程互相等待对方做出某个动作的情形。代码一是一个导致死锁的简单例子。 

//代码一

class Deadlocker {
 int field_1;
 private Object lock_1 = new int[1];
 int field_2;
 private Object lock_2 = new int[1];

 public void method1(int value) {
  “synchronized” (lock_1) {
   “synchronized” (lock_2) {
    field_1 = 0; field_2 = 0;
   }
  }
 }

 public void method2(int value) {
  “synchronized” (lock_2) {
   “synchronized” (lock_1) {
    field_1 = 0; field_2 = 0;
   }
  }
 }
}

class Deadlocker {
 int field_1;
 private Object lock_1 = new int[1];
 int field_2;
 private Object lock_2 = new int[1];

 public void method1(int value) {
  “synchronized” (lock_1) {
   “synchronized” (lock_2) {
    field_1 = 0; field_2 = 0;
   }
  }
 }

 public void method2(int value) {
  “synchronized” (lock_2) {
   “synchronized” (lock_1) {
    field_1 = 0; field_2 = 0;
   }
  }
 }
}

  参考代码一，考虑下面的过程： 

  ◆ 一个线程（ThreadA）调用method1()。 

  ◆ ThreadA在lock_1上同步，但允许被抢先执行。 

  ◆ 另一个线程（ThreadB）开始执行。 

  ◆ ThreadB调用method2()。 

  ◆ ThreadB获得lock_2，继续执行，企图获得lock_1。但ThreadB不能获得lock_1，因为ThreadA占有lock_1。 

  ◆ 现在，ThreadB阻塞，因为它在等待ThreadA释放lock_1。 

  ◆ 现在轮到ThreadA继续执行。ThreadA试图获得lock_2，但不能成功，因为lock_2已经被ThreadB占有了。 

  ◆ ThreadA和ThreadB都被阻塞，程序死锁。 

  当然，大多数的死锁不会这么显而易见，需要仔细分析代码才能看出，对于规模较大的多线程程序来说尤其如此。好的线程分析工具，例如JProbe Threadalyzer能够分析死锁并指出产生问题的代码位置。 

  隐性死锁 

  隐性死锁由于不规范的编程方式引起，但不一定每次测试运行时都会出现程序死锁的情形。由于这个原因，一些隐性死锁可能要到应用正式发布之后才会被发现，因此它的危害性比普通死锁更大。下面介绍两种导致隐性死锁的情况：加锁次序和占有并等待。 

  加锁次序 

  当多个并发的线程分别试图同时占有两个锁时，会出现加锁次序冲突的情形。如果一个线程占有了另一个线程必需的锁，就有可能出现死锁。考虑下面的情形，ThreadA和ThreadB两个线程分别需要同时拥有lock_1、lock_2两个锁，加锁过程可能如下： 

  ◆ ThreadA获得lock_1； 

  ◆ ThreadA被抢占，VM调度程序转到ThreadB； 

  ◆ ThreadB获得lock_2； 

  ◆ ThreadB被抢占，VM调度程序转到ThreadA； 

  ◆ ThreadA试图获得lock_2，但lock_2被ThreadB占有，所以ThreadA阻塞； 

  ◆ 调度程序转到ThreadB； 

  ◆ ThreadB试图获得lock_1，但lock_1被ThreadA占有，所以ThreadB阻塞； 

  ◆ ThreadA和ThreadB死锁。 

  必须指出的是，在代码丝毫不做变动的情况下，有些时候上述死锁过程不会出现，VM调度程序可能让其中一个线程同时获得lock_1和lock_2两个锁，即线程获取两个锁的过程没有被中断。在这种情形下，常规的死锁检测很难确定错误所在。 

  占有并等待 

  如果一个线程获得了一个锁之后还要等待来自另一个线程的通知，可能出现另一种隐性死锁，考虑代码二。 

//代码二

public class queue {
 static java.lang.Object queueLock_;
 Producer producer_;
 Consumer consumer_;

 public class Producer {
  void produce() {
   while (!done) {
    “synchronized” (queueLock_) {
     produceItemAndAddItToQueue();
     “synchronized” (consumer_) {
      consumer_.notify();
     }
    }
   }
  }

  public class Consumer {
   consume() {
    while (!done) {
     “synchronized” (queueLock_) {
      “synchronized” (consumer_) {
       consumer_.wait();
      }
      removeItemFromQueueAndProcessIt();
     }
    }
   }
  }
 }
}

public class queue {
 static java.lang.Object queueLock_;
 Producer producer_;
 Consumer consumer_;

 public class Producer {
  void produce() {
   while (!done) {
    “synchronized” (queueLock_) {
     produceItemAndAddItToQueue();
     “synchronized” (consumer_) {
      consumer_.notify();
     }
    }
   }
  }

  public class Consumer {
   consume() {
    while (!done) {
     “synchronized” (queueLock_) {
      “synchronized” (consumer_) {
       consumer_.wait();
      }
      removeItemFromQueueAndProcessIt();
     }
    }
   }
  }
 }
}

  在代码二中，Producer向队列加入一项新的内容后通知Consumer，以便它处理新的内容。问题在于，Consumer可能保持加在队列上的锁，阻止Producer访问队列，甚至在Consumer等待Producer的通知时也会继续保持锁。这样，由于Producer不能向队列添加新的内容，而Consumer却在等待Producer加入新内容的通知，结果就导致了死锁。 

  在等待时占有的锁是一种隐性的死锁，这是因为事情可能按照比较理想的情况发展—Producer线程不需要被Consumer占据的锁。尽管如此，除非有绝对可靠的理由肯定Producer线程永远不需要该锁，否则这种编程方式仍是不安全的。有时“占有并等待”还可能引发一连串的线程等待，例如，线程A占有线程B需要的锁并等待，而线程B又占有线程C需要的锁并等待等。 

  要改正代码二的错误，只需修改Consumer类，把wait()移出“synchronized”()即可。 

  因此避免死锁的一个通用的经验法则是:当几个线程都要访问共享资源A、B、C时，保证使每个线程都按照同样的顺序去访问它们，比如都先访问A，在访问B和C。 
  此外，Thread类的suspend()方法也很容易导致死锁,因此这个方法已经被废弃了.