Java多線程7：死鎖

前言

死鎖單獨寫一篇文章是因為這是一個很嚴重的、必須要引起重視的問題。這不是誇大死鎖的風險，盡管鎖被持有的時間通常很短，但是作為商業產品的應用程序每天可能要執行數十億次獲取鎖->釋放鎖的操作，只要在這數十億次操作中只要有一次發生了錯誤，就可能導致程序中發生死鎖，並且即使通過壓力測試也不可能找出所有潛在的死鎖。

 

死鎖

一個經典的多線程問題。

當一個線程永遠地持有一個鎖，並且其他線程都嘗試去獲得這個鎖時，那么它們將永遠被阻塞，這個我們都知道。如果線程A持有鎖L並且想獲得鎖M，線程B持有鎖M並且想獲得鎖L，那么這兩個線程將永遠等待下去，這種情況就是最簡單的死鎖形式。

在數據庫系統的設計中考慮了監測死鎖以及從死鎖中恢復，數據庫如果監測到了一組事務發生了死鎖時，將選擇一個犧牲者並放棄這個事務。Java虛擬機解決死鎖問題方面並沒有數據庫這么強大，當一組Java線程發生死鎖時，這兩個線程就永遠不能再使用了，並且由於兩個線程分別持有了兩個鎖，那么這兩段同步代碼/代碼塊也無法再運行了----除非終止並重啟應用。

死鎖是設計的BUG，問題比較隱晦。不過死鎖造成的影響很少會立即顯現出來，一個類可能發生死鎖，並不意味着每次都會發生死鎖，這只是表示有可能。當死鎖出現時，往往是在最糟糕的情況----高負載的情況下。

下面給出一個產生死鎖的簡單代碼並且演示如何分析這是一個死鎖：

public class DeadLock
{
    private final Object left = new Object();
    private final Object right = new Object();
    
    public void leftRight() throws Exception
    {
        synchronized (left)
        {
            Thread.sleep(2000);
            synchronized (right)
            {
                System.out.println("leftRight end!");
            }
        }
    }
    
    public void rightLeft() throws Exception
    {
        synchronized (right)
        {
            Thread.sleep(2000);
            synchronized (left)
            {
                System.out.println("rightLeft end!");
            }
        }
    }
}

注意這里一定要有"Thread.sleep(2000)"讓線程睡一覺，不然一個線程運行了，另一個線程還沒有運行，先運行的線程很有可能就已經連續獲得兩個鎖了。寫兩個線程分別調用它們：

public class Thread0 extends Thread
{
    private DeadLock dl;
    
    public Thread0(DeadLock dl)
    {
        this.dl = dl;
    }
    
    public void run()
    {
        try
        {
            dl.leftRight();
        } 
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class Thread1 extends Thread
{
    private DeadLock dl;
    
    public Thread1(DeadLock dl)
    {
        this.dl = dl;
    }
    
    public void run()
    {
        try
        {
            dl.rightLeft();
        } 
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

寫個main函數調用一下：

public static void main(String[] args)
{
    DeadLock dl = new DeadLock();
    Thread0 t0 = new Thread0(dl);
    Thread1 t1 = new Thread1(dl);
    t0.start();
    t1.start();

    while(true);   
}

至於結果，沒有結果，什么語句都不會打印，因為死鎖了。下面演示一下如何定位死鎖問題：

1、jps獲得當前Java虛擬機進程的pid

 

2、jstack打印堆棧。jstack打印內容的最后其實已經報告發現了一個死鎖，但因為我們是分析死鎖產生的原因，而不是直接得到這里有一個死鎖的結論，所以別管它，就看前面的部分

先說明介紹一下每一部分的意思，以"Thread-1"為例：

（1）"Thread-1"表示線程名稱

（2）"prio=6"表示線程優先級

（3）"tid=00000000497cec00"表示線程Id

（4）nid=0x219c

線程對應的本地線程Id，這個重點說明下。因為Java線程是依附於Java虛擬機中的本地線程來運行的，實際上是本地線程在執行Java線程代碼，只有本地線程才是真正的線程實體。Java代碼中創建一個thread，虛擬機在運行期就會創建一個對應的本地線程，而這個本地線程才是真正的線程實體。Linux環境下可以使用"top -H -p JVM進程Id"來查看JVM進程下的本地線程（也被稱作LWP）信息，注意這個本地線程是用十進制表示的，nid是用16進制表示的，轉換一下就好了，0x219c對應的本地線程Id應該是8604。

（5）"[0x000000004a3bf000..0x000000004a3bf790]"表示線程占用的內存地址

（6）"java.lang.Thread.State：BLOCKED"表示線程的狀態

解釋完了每一部分的意思，看下Thread-1處於BLOCKED狀態，Thread-0處於BLOCKED狀態。對這兩個線程分析一下：

（1）Thread-1獲得了鎖0x000000003416a4e8，在等待鎖0x000000003416a4d8

（2）Thread-0獲得了鎖0x000000003416a4d8，在等待鎖0x000000003416a4e8

由於兩個線程都在等待獲取對方持有的鎖，所以就這么永久等待下去了。

3、注意一下使用Eclipse/MyEclipse，這段程序如果不點擊控制台上面的紅色方框去Terminate掉它，而是右鍵->Run As->1 Java Application的話，這個進程會一直存在的，這時候可以利用taskkill命令去終止沒有被Terminate的進程：

 

避免死鎖的方式

既然可能產生死鎖，那么接下來，講一下如何避免死鎖。

1、讓程序每次至多只能獲得一個鎖。當然，在多線程環境下，這種情況通常並不現實

2、設計時考慮清楚鎖的順序，盡量減少嵌在的加鎖交互數量

3、既然死鎖的產生是兩個線程無限等待對方持有的鎖，那么只要等待時間有個上限不就好了。當然synchronized不具備這個功能，但是我們可以使用Lock類中的tryLock方法去嘗試獲取鎖，這個方法可以指定一個超時時限，在等待超過該時限之后變回返回一個失敗信息