多线程的地狱级Bug：死锁如何产生？如何避免？

多线程的地狱级Bug：死锁如何产生？如何避免？

引用

51CTO

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https://blog.51cto.com/u_16237826/13537171

在Java多线程编程中，死锁是一个常见的问题，它会导致程序卡死，严重影响系统的稳定性和性能。本文将通过一个生动的类比，深入浅出地讲解死锁的概念、产生条件以及预防方法，帮助开发者更好地理解和避免死锁问题。

什么是死锁？

想象一下程序员食堂的场景：有两个程序员——小米和小李，他们坐在同一张桌子上吃饭，但桌子上只有一双筷子和一个勺子。小米想吃饭，他拿起筷子，但他还需要勺子才能吃汤泡饭；小李想喝汤，他拿起勺子，但他还需要筷子才能夹菜。

现在问题来了——

• 小米已经拿了筷子，等着小李把勺子给他；
• 小李已经拿了勺子，等着小米把筷子给他。

两个人都不愿意放下自己手里的餐具，最终的结果就是两个人都吃不上饭，谁也不让谁，一直僵持。这就是典型的死锁（Deadlock）！

在Java中，多个线程在持有锁的情况下，等待对方释放锁，就会导致死锁，程序就像被“卡住”了一样，不会报错，但也不会继续执行。

产生死锁的四个必要条件

回到上面的故事，我们可以总结出死锁发生的四个条件（也称为“柯林斯四条件”）：

1. 互斥条件（Mutual Exclusion）
   资源一次只能被一个线程占用。

• 比如：一根筷子一次只能被一个人拿着，另一个人就没办法用。

2. 请求并保持条件（Hold and Wait）
   一个线程持有资源A，同时等待资源B，而不释放已占用的资源A。

• 比如：小米拿着筷子等勺子，小李拿着勺子等筷子，都不肯先放下。

3. 不可剥夺条件（No Preemption）
   线程获取的资源不能被强行剥夺，只能由线程自己释放。

• 比如：你不能强行把筷子从小米手里抢走，也不能把勺子从小李手里抢走。

4. 循环等待条件（Circular Wait）
   多个线程形成环状等待关系，比如：

• 线程A等线程B的资源
• 线程B等线程C的资源
• 线程C又等线程A的资源
  比如：小米等着小李放下勺子，小李等着小米放下筷子，两个人互相等待，形成了死循环。

只要这四个条件同时满足，死锁就会发生！

如何在Java代码中制造死锁？

下面是一个简单的Java代码示例，展示了如何制造死锁：

代码分析

• thread1先获取lockA，然后尝试获取lockB。
• thread2先获取lockB，然后尝试获取lockA。
  两个线程都持有一个锁，并等待对方释放另一个锁，结果就是谁也等不到，形成死锁！

如何防止死锁？

死锁虽然可怕，但并不是无解的，我们有四种主要方法来避免死锁：

1. 避免锁的嵌套（避免持有多个锁）
   最简单的方法就是尽量不在一个线程里同时获取多个锁。

• 比如：让小米和小李都只用筷子或只用勺子，就不会死锁了。

2. 保持锁的顺序一致
   如果必须用多个锁，确保获取锁的顺序是一致的，比如所有线程都先获取lockA再获取lockB。

• 比如：规定每个人先拿筷子再拿勺子，这样就不会互相等待了。

3. 设置超时时间
   使用tryLock()方法来获取锁，并设置超时时间，避免无限等待。

4. 使用更高级的锁机制（如ReentrantLock）
   ReentrantLock提供了tryLock()方法，可以让线程在一定时间内尝试获取锁，避免死锁。

总结

通过本文的学习，我们可以总结出：

• 死锁是多个线程互相等待对方释放资源，导致程序卡死的现象。
• 死锁发生的四个必要条件：互斥、请求并保持、不可剥夺、循环等待。
• 通过避免锁嵌套、保持锁顺序、设置超时、使用ReentrantLock可以有效防止死锁。

掌握这些知识，可以帮助开发者写出更健壮、更高效的多线程程序。