你是否因为写出死锁导致半夜加班,扣绩效?你是否为小白程序员,还没有接触过并发编程不知道什么死锁,你是否希望通过并发编程这块突破自己的瓶颈,在新的一年挑战高薪?那么Java并发编程中的死锁是你避不开的。 在通过Redis或者zookeeper实现分布式锁时也可能出现死锁,本篇文章从Java线程入手,解密以下几点:
什么是死锁死锁是进程死锁的简称,是由Dijkstra于1965年研究银行家算法时首先提出来的。它是计算机操作系统乃至并发程序设计中最难处理的问题之一。实际上,死锁问题不仅在计算机系统中存在,在我们日常生活中它也广泛存在 我们来看一个死锁例子: 公司需要有工作经验的员工,而刚毕业的小伙伴需要工作来获得工作经验,这样企业和应届生之间就产生了死锁现象 这样的例子还有很多,比如:两辆车过桥 电影中的经典情节:我要的货呢,你带钱没有,最后一手交钱一手交货 所谓的死锁其实是一种现象,就是两个或两个以上线程的多线程情况下,多个线程同时被阻塞,它们中的一个或全部都在等待某一锁资源的释放,由于线程被无期限的阻塞,因此程序不会继续执行,表现为卡住不动。 如:线程1和线程2的运行都需要A资源和B资源,此时线程1获取了A资源,线程2获取到了B锁,此时线程1获取不到B锁和线程2获取不到A锁,导致两个线程彼此僵持! 多把锁场景之前文章中的案例都是使用一把锁,死锁是线程需要多把锁才会出现,那么什么场景下需要多把锁呢? 案例家中住着张三和翠花夫妻二人,家庭条件一般,只有一个厨房,希望实现翠花做饭和张三洗菜互不相干 一把锁解决分析:
厨房类:
System.out.println(LocalDateTime.now(). format(DateTimeFormatter.ofPattern('HH:mm:ss SSS')) + ':做饭'); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } } } } //类根 运行结果: 使用一把锁的时候性能较低,因为锁的范围太大了,直接将厨房锁住,只需将房间内的每一个功能单独锁起来即可,比如:单独将洗菜,做饭,使用冰箱锁住,不能多人同时使用,应该将锁细化,这样同一个房间就可以同时做很多工作,厨房的利用率就会上来,洗菜和做饭可以同步进行,这样是不就可以早点吃上美味了呢! 厨房改造:
运行结果: 发现做饭【煮粥】和洗菜是同时开始的,通过细化锁,可以提升程序性能,必须要保障两个操作没有关联性,比如煮粥不需要等菜洗好,如果是炒菜,就需要等待菜洗好才可以进行。 锁细粒度化的好处是:提高程序等性能,弊端在于:如果一个线程同时需要多把锁,就可能产生死锁 死锁现象以上边的企业和面试者为例演示死锁,企业招工需要有工作经验的程序员,但是添甄刚毕业,没有工作经验,需要有工作才能获取工作经验,这样就导致企业招不到人,面试者找不到工作的尴尬境地! 分析
代码实现package com.tianzhen.thread;public class Deadhread { // 工作锁 private static Object work = new Object(); // 工作经验锁 private static Object workExperience = new Object(); public static void main(String[] args) { // 企业线程 new Thread(() -> { // 先锁定工作经验 synchronized (workExperience) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + '我们需要有工作经验的'); // 给工作机会 synchronized (work) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + '恭喜你通过面试加入我们'); } } },'企业线程:').start(); // 员工线程 new Thread(() -> { // 先获取工作机会 synchronized (work) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + '我需要工作才能有工作经验'); // 有工作经验 synchronized (workExperience) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + '通过面试获得了工作经验'); } } },'面试者线程:').start(); }} 运行结果:发现程序再企业和面试者各输出一句之后卡死不动 原因图解简单的说就是:我需要的东西你占着,你需要的东西我占着,而且我们都不会脑筋急转弯,就傻傻的等着对方让步,拿到自己需要的东西之后继续玩,但是大家都这么想那就谁也别玩了。 死锁产生的四个必要条件
当上述四个条件都成立的时候,便形成死锁。当然,死锁的情况下如果打破上述任何一个条件,便可让死锁消失。 死锁检测死锁检测其实非常简单,这里介绍两种方式监测死锁,如果你有更好的办法或工具记得在评论区分享哦! 方式1:命令检测
1、window下通过任务管理器查看进程内存占用情况,Linux下通过 top 命令查看,这里以window为例 2、通过jps命令获取该进程的进程号也就是PID 3、通过 jstack PID 查看进程信息 接下来的信息:在jstack输出的信息中最后出现了死锁提示,提示显示在DeadThread.java文件的第39行和23行,那你去排查代码就可以啦 方式2:通过jconsole工具这个工具在查看JVM内存时也是可以使用的,它是JDK中携带官方提供的工具,无需下载第三方插件即可使用 1、打开 jconsole 工具,在命令行输入jconsole即可开启,箭头右侧就是该工具启动页 2、选择对应的Java进程查看信息,双击选中PID为128的Java进程 3、选中线程,点击下方检查死锁按钮 4、死锁检测结果,也会将死锁的信息展示出开【右侧信息需要双击左侧线程名才会展示出来】 如何避免死锁这里说的避免死锁,其实是在生产环境中也就是项目上线运行不要出现死锁,不然又要被喊过去加班了,上边说了死锁产生的四个条件,只要我们将这四个条件中的任意一个破坏就不会产生死锁。
方案1:具备相同加锁顺序比如,企业和面试者的案例,调换两者加锁顺序一致即可解决死锁问题
运行结果: 此时就不会出现死锁,当企业线程运行占用work锁,这是如果发生线程切换,面试者也是要获取work锁,此时发现获取不到,就会进入阻塞,CPU放弃执行转而执行企业线程,此时企业线程获取workExperience锁,因为加锁顺序相同,此锁必然没有被比别的线程占用可以获得,继续执行,但是此时就无法实现交替执行,如果需要交替执行则需要使用线程通信实现,后边会安排此部分内容 方案2:设置超时因为 synchronized 不会自动释放,无法设置超时时间,此方案需要通过Lock接口实现,改接口在Java并发编程合集的《Java线程安全问题和解决方案》一文中有详细介绍
package com.tianzhen.thread;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class DeadThread { // 工作锁 private static Lock work = new ReentrantLock(); // 工作经验锁 private static Lock workExperience = new ReentrantLock(); public static void main(String[] args) { // 企业线程 new Thread(() -> { // 工作 if (workExperience.tryLock()) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + '没有工作经验,立即失败!'); // 工作锁 if (work.tryLock()) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + '技术不行,立即失败!'); } finally { work.unlock(); } } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + '有工作经验,通过面试,欢迎加入我们!'); } finally { workExperience.unlock(); } } }, '企业线程:').start(); // 员工线程 new Thread(() -> { if (work.tryLock()) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + '我需要工作,才能有工作经验!'); // 工作锁 if (workExperience.tryLock()) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + '没有工作经验,告辞告辞!'); } finally { workExperience.unlock(); } } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + '有工作经验,获取工作!'); } finally { work.unlock(); } } }, '面试者线程:').start(); }} 此方法一定要记得调用unlock释放锁,同样可以解决死锁问题,因为不会像 synchronized 一样无脑等待,而是非常机智,如果拿不到就不要了,就好比追一个女孩子,追了三年还不行就放弃吧,而synchronized就是永不言弃,等到天荒地老,非常痴情。倾我半世阳光,许你天荒地老
银行家算法中避免死锁思维银行家算法是一种最有代表性的避免死锁的算法。又被称为资源分配拒绝法。 在避免死锁方法中允许进程动态地申请资源,但系统在进行资源分配之前,应先计算此次分配资源的安全性,若此次分配不会导致系统进入不安全状态,则将资源分配给线程,否则进程等待 银行家算法中的数据结构 1、可利用资源向量Available 是个含有m个元素的数组,其中的每一个元素代表一类可利用的资源数目。如果Available[j]=K,则表示系统中现有Rj类资源K个。 2、最大需求矩阵Max 这是一个n×m的矩阵,它定义了系统中n个进程中的每一个进程对m类资源的最大需求。如果Max[i,j]=K,则表示进程i需要Rj类资源的最大数目为K。 3、分配矩阵Allocation 这也是一个n×m的矩阵,它定义了系统中每一类资源当前已分配给每一进程的资源数。如果Allocation[i,j]=K,则表示进程i当前已分得Rj类资源的数目为K。 4、需求矩阵Need 这也是一个n×m的矩阵,用以表示每一个进程尚需的各类资源数。如果Need[i,j]=K,则表示进程i还需要Rj类资源K个,方能完成其任务。 Need[i,j]=Max[i,j]-Allocation[i,j] 操作系统的两种状态 安全序列:是指一个进程序列{P1,…,Pn}是安全的,即对于每一个进程Pi(1≤i≤n),它以后尚需要的资源量不超过系统当前剩余资源量与所有进程Pj (j < i )当前占有资源量之和。 1、安全状态:如果存在一个由系统中所有进程构成的安全序列P1,…,Pn,则系统处于安全状态。安全状态一定是没有死锁发生。 2、不安全状态:不存在一个安全序列。不安全状态不一定导致死锁。 示例首先判断一下当前的安全序列: 当前状态,可利用资源向量有 1 6 2 2 1、P0: 已分配 0 0 3 2, 还需要 0 0 1 2,当前可利用资源 1 6 2 2足够分配给P0; Process Allocation Need Available(Available-Need) Available+Allocation P0 0 0 4 4 0 0 0 0 1 6 1 0 1 6 5 4 P0分配成功:进入安全序列,分配完成后,将资源还给可利用资源 2、P1:已分配1 0 0 0, 还需要 1 7 5 0,当前可利用资源 1 6 5 4不够分配给P1; P1分配失败 3、P2: 已分配1 3 5 4, 还需要 2 3 5 6,当前可利用资源 1 6 5 4不够分配给P2; P2分配失败 4、P3: 已分配 0 3 3 2, 还需要 0 6 5 2,当前可利用资源 1 6 5 4足够分配给P3; Process Allocation Need Available(Available-Need) Available+Allocation P3 0 9 8 4 0 0 0 0 1 0 0 2 1 9 8 6 P3分配成功,进入安全序列,分配完成后,将资源还给可利用资源 5、P4: 已分配 0 0 1 4, 还需要 0 6 5 6,当前可利用资源 1 9 8 6足够分配给P4; Process Allocation Need Available(Available-Need) Available+Allocation P4 0 6 6 10 0 0 0 0 1 3 3 0 1 9 9 10 P4分配成功,进入安全序列,分配完成后,将资源还给可利用资源 6、P1: 已分配 1 0 0 0, 还需要 1 7 5 0,当前可利用资源 1 9 9 10足够分配给P1; Process Allocation Need Available(Available-Need) Available+Allocation P1 2 7 5 0 0 0 0 0 0 2 4 10 2 9 9 10 P1分配成功,进入安全序列,分配完成后,将资源还给可利用资源 7、P2: 已分配 1 3 5 4, 还需要 2 3 5 6,当前可利用资源 2 9 9 10足够分配给P2; Process Allocation Need Available(Available-Need) Available+Allocation P2 3 6 10 10 0 0 0 0 0 6 4 4 3 12 14 14 P4分配成功,进入安全序列,分配完成后,将资源还给可利用资源 所以:当前的安全序列为: p0-p3-p4-p1-p2 如果在未分配的时候:p2请求 1 2 2 2 ,从资源池里给他分配,请问可以分配吗?
Java代码实现银行家算法
运行结果: 总结
|
|