Java并发编程之美
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1.9 线程死锁

1.9.1 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，如图1-2所示。

图1-2

在图1-2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。

那么为什么会产生死锁呢？学过操作系统的朋友应该都知道，死锁的产生必须具备以下四个条件。

● 互斥条件：指线程对已经获取到的资源进行排它性使用，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，则请求者只能等待，直至占有资源的线程释放该资源。

● 请求并持有条件：指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。

● 不可剥夺条件：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。

● 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。

下面通过一个例子来说明线程死锁。

public class DeadLockTest2 {
    // 创建资源
    private static Object resourceA = new Object();
    private static Object resourceB = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        // 创建线程A
        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                synchronized (resourceA) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + " get ResourceA");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {

                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get sourceB");
                    synchronized (resourceB) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get esourceB");
                    }
                }
            }
        });
        // 创建线程B
        Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                synchronized (resourceB) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + " get ResourceB");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get esourceA");
                    synchronized (resourceA) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get ResourceA");
                    }
                };
            }
        });
        // 启动线程
        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}

输出结果如下。

下面分析代码和结果：Thread-0是线程A, Thread-1是线程B，代码首先创建了两个资源，并创建了两个线程。从输出结果可以知道，线程调度器先调度了线程A，也就是把CPU资源分配给了线程A，线程A使用synchronized（resourceA）方法获取到了resourceA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A在获取resourceB对应的锁前让线程B抢占到CPU，获取到资源resourceB上的锁。线程A调用sleep方法后线程B会执行synchronized（resourceB）方法，这代表线程B获取到了resourceB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A获取到了resourceA资源，线程B获取到了resourceB资源。线程A休眠结束后会企图获取resourceB资源，而resourceB资源被线程B所持有，所以线程A会被阻塞而等待。而同时线程B休眠结束后会企图获取resourceA资源，而resourceA资源已经被线程A持有，所以线程A和线程B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，resourceA和resourceB都是互斥资源，当线程A调用synchronized（resourceA）方法获取到resourceA上的监视器锁并释放前，线程B再调用synchronized（resourceA）方法尝试获取该资源会被阻塞，只有线程A主动释放该锁，线程B才能获得，这满足了资源互斥条件。

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

线程A在获取resourceA上的监视器锁资源后，该资源不会被线程B掠夺走，只有线程A自己主动释放resourceA资源时，它才会放弃对该资源的持有权，这构成了资源的不可剥夺条件。

线程A持有objectA资源并等待获取objectB资源，而线程B持有objectB资源并等待objectA资源，这构成了环路等待条件。所以线程A和线程B就进入了死锁状态。

1.9.2 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，但是学过操作系统的读者应该都知道，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B的代码进行如下修改。

    // 创建线程B
        Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                synchronized (resourceA) {
                    System.out.println(Thread.currentThread() + " get ResourceB");
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get ResourceA");
                    synchronized (resourceB) {
                        System.out.println(Thread.currentThread() + "get ResourceA");
                    }
                };
            }
        });

输出结果如下。

如上代码让在线程B中获取资源的顺序和在线程A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A和线程B都需要资源1,2,3, ..., n时，对资源进行排序，线程A和线程B只有在获取了资源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A和线程B同时执行到了synchronized（resourceA），只有一个线程可以获取到resourceA上的监视器锁，假如线程A获取到了，那么线程B就会被阻塞而不会再去获取资源B，线程A获取到resourceA的监视器锁后会去申请resourceB的监视器锁资源，这时候线程A是可以获取到的，线程A获取到resourceB资源并使用后会放弃对资源resourceB的持有，然后再释放对resourceA的持有，释放resourceA后线程B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。

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