Java中死鎖產生的原因有哪些?

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前言：

死鎖（Dead Lock）指的是兩個或兩個以上的運算單元（進程、線程或協程），都在等待對方釋放資源，但沒有一方提起釋放資源，從而造成瞭一種阻塞的現象就稱為死鎖。

比如線程 1 擁有瞭鎖 A 的情況下試圖獲取鎖 B，而線程 2 又在擁有瞭鎖 B 的情況下試圖獲取鎖 A，這樣雙方就進入相互阻塞等待的情況，

如下圖所示： 

 死鎖的代碼實現如下：

import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class DeadLockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Object lockA = new Object();
        Object lockB = new Object();
        // 創建線程 1
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            // 1.占有鎖 A
            synchronized (lockA) {
                System.out.println("線程1：獲得鎖A。");
                // 休眠 1s（讓線程 2 有時間先占有鎖 B）
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 2.獲取線程 2 的鎖 B
                synchronized (lockB) {
                    System.out.println("線程1：獲得鎖B。");
                }
            }
        });
        t1.start();
        // 創建線程 2
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            // 1.占有鎖 B
            synchronized (lockB) {
                System.out.println("線程2：獲得鎖B。");
                // 休眠 1s（保證線程 1 能有充足的時間得到鎖 A）
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 2.獲取線程 1 的鎖 A
                synchronized (lockA) {
                    System.out.println("線程2：獲得鎖A。");
                }
            }
        });
        t2.start();
    }
}

以上程序的執行結果如下圖所示： 

 從上述結果可以看出，線程 1 和線程 2 都在等待對方釋放鎖，這樣就造成瞭死鎖問題。

死鎖產生原因

死鎖的產生需要滿足以下 4 個條件：

  • 互斥條件：指運算單元（進程、線程或協程）對所分配到的資源具有排它性，也就是說在一段時間內某個鎖資源隻能被一個運算單元所占用。
  • 請求和保持條件：指運算單元已經保持至少一個資源，但又提出瞭新的資源請求，而該資源已被其它運算單元占有，此時請求運算單元阻塞，但又對自己已獲得的其它資源保持不放。
  • 不可剝奪條件：指運算單元已獲得的資源，在未使用完之前，不能被剝奪。
  • 環路等待條件：指在發生死鎖時，必然存在運算單元和資源的環形鏈，即運算單元正在等待另一個運算單元占用的資源，而對方又在等待自己占用的資源，從而造成環路等待的情況。

隻有以上 4 個條件同時滿足，才會造成死鎖。

解決死鎖

死鎖產生要滿足以上 4 個必要條件，那麼我們隻需要改變其中的 1 個或多個條件就可以解決死鎖的問題瞭，比如我們可以通過修改獲取鎖的順序來改變環路等待條件。

在未修改獲取鎖的順序前，程序的執行流程是這樣的： 

 其中 ① 表示先執行，② 表示後執行。 而改變鎖的獲取順序之後的執行流程是這樣的： 

 此時線程 1 和線程 2 獲取鎖的順序是一致的，都是先獲取鎖 A，再獲取鎖 B，此時它們的執行流程如下：

  • 線程 1 先獲取到鎖 A；
  • 線程 1 獲取到鎖 B；
  • 線程 1 釋放瞭鎖 B；
  • 線程 1 釋放瞭鎖 A；
  • 線程 2 獲取到瞭鎖 A；
  • 線程 2 獲取到瞭鎖 B；
  • 線程 2 釋放瞭鎖 B；
  • 線程 2 釋放瞭鎖 A。

對應的實現代碼如下：

import java.util.concurrent.TimeUnit;
class DeadLockTest {
    public static void main(String[] args) {
        Object lockA = new Object();
        Object lockB = new Object();
        // 創建線程 1
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            // 1.獲取鎖 A
            synchronized (lockA) {
                System.out.println("線程1：獲得鎖A。");
                // 休眠 1s
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 2.獲取鎖 B
                synchronized (lockB) {
                    System.out.println("線程1：獲得鎖B。");
                    System.out.println("線程1：釋放鎖B。");
                }
                System.out.println("線程1：釋放鎖A。");
            }
        });
        t1.start();
        // 創建線程 2
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            // 1.獲取鎖 A
            synchronized (lockA) {
                System.out.println("線程2：獲得鎖A。");
                // 2.獲取鎖
                synchronized (lockB) {
                    System.out.println("線程2：獲得鎖B。");
                    System.out.println("線程2：釋放鎖B。");
                }
                System.out.println("線程2：釋放鎖A。");
            }
        });
        t2.start();
    }
}

以上程序的執行結果如下圖所示： 

總結

死鎖（Dead Lock）指的是兩個或兩個以上的運算單元（進程、線程或協程），都在等待對方釋放資源，但沒有一方提前釋放資源，從而造成瞭一種阻塞的現象就稱為死鎖。產生死鎖需要同時滿足 4 個條件：互斥條件、請求和保持條件、不可剝奪條件、環路等待條件，因此我們隻需要破壞其中 1 個或多個條件就可以解決死鎖的問題瞭。

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