实现死锁的两种方式以及ReentrantLock的额外功能

waltr 发布于2019-08-14 15:16 / 3320人阅读

摘要：实现死锁的方法有两种，一种是使用同步代码块，另一种是使用重入锁。但是如果调用带超时的方法，那么如果线程在等待时被中断，将抛出一个异常，这是一个非常有用的特性，因为它允许程序打破死锁。

思路：

死锁是指在多线程环境下的这么一种场景，两个（多个）线程在分别拿到自己的锁时尝试获取对方的锁，由于必须等待对方释放锁才能获取，然而双方谁也不肯先释放自己的锁，导致双方谁都无法继续执行。
通过一个实现runnable接口的类实例作为两个线程的执行对象，在该类中有两个Object的静态变量作为锁.通过该类的一个开关变量实现在同一个run方法中执行两段不同的逻辑，一个先获取锁1，再获取锁2，另一个分支则刚好相反。
为了使第一个执行的线程在拿到第二个锁之前失去cpu执行权，方便构造死锁场景，在尝试获取第二个锁之前，让线程休眠一段时间，因为sleep()方法不会释放锁。
实现死锁的方法有两种，一种是使用synchronized同步代码块，另一种是使用reentrantlock重入锁。
使用同步代码块实现死锁
代码

public class TestDeadLock implements Runnable {

//开关
private boolean       flag;
//锁1
private static Object lock1 = new Object();
//锁2
private static Object lock2 = new Object();

public TestDeadLock(boolean flag) {
    this.flag = flag;
}

@Override
public void run() {
    if (flag) {
        synchronized (lock1) {
            System.out.println(flag + "线程拿到了lock1");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (lock2) {
                System.out.println(flag + "线程拿到了lock2");
            }
        }
    } else {
        synchronized (lock2) {
            System.out.println(flag + "线程拿到了lock2");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (lock1) {
                System.out.println(flag + "线程拿到了lock1");
            }
        }
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Thread thread1 = new Thread(new TestDeadLock(true));
    Thread thread2 = new Thread(new TestDeadLock(false));
    thread1.start();
    thread2.start();
}

}
运行结果

true线程拿到了lock1
false线程拿到了lock2
使用ReentrantLock实现死锁
代码

public class TestDeadLock2 implements Runnable{

private boolean flag;
private static ReentrantLock lock1=new ReentrantLock();
private static ReentrantLock lock2=new ReentrantLock();

public TestDeadLock2(boolean flag) {
    this.flag = flag;
}

@Override
public void run() {
    try {
        if(flag){
            lock1.lock();
            System.out.println(flag + "线程获取了Lock1");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            lock2.lock();
            System.out.println(flag+"线程获取了Lock2");
        }else{
            lock2.lock();
            System.out.println(flag + "线程获取了Lock2");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            lock1.lock();
            System.out.println(flag+"线程获取了Lock1");
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if(lock1.isHeldByCurrentThread()){
            lock1.unlock();
        }
        if(lock2.isHeldByCurrentThread()){
            lock2.unlock();
        }
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread thread1=new Thread(new TestDeadLock2(true));
    Thread thread2=new Thread(new TestDeadLock2(false));
    thread1.start();
    thread2.start();
    thread1.join();
    thread2.join();
    System.out.println("主线程已结束");
}

}
运行结果

false线程获取了Lock2
true线程获取了Lock1
ReentrantLock和Synchronized的区别，具体可见
Java中的ReentrantLock和synchronized两种锁定机制的对比

。总的来说，ReentrantLock所提供的功能比Synchronized要丰富的多，比如

lockInterruptibly
API签名

public void lockInterruptibly() throws InterruptedException

代码

public class TestDeadLock3 implements Runnable {

private boolean      flag;
static ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
static ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();

public TestDeadLock3(boolean flag) {
    this.flag = flag;
}

@Override
public void run() {

    try {
        if (flag) {
            //可中断地加锁
            lock1.lockInterruptibly();
            System.out.println(flag + "线程获取了lock1");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            lock2.lockInterruptibly();
            System.out.println(flag + "线程获取了lock2");
        } else {
            lock2.lockInterruptibly();
            System.out.println(flag + "线程获取lock2");
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            lock1.lockInterruptibly();
            System.out.println(flag + "线程获取了lock1");
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if (lock1.isHeldByCurrentThread()) {
            lock1.unlock();
            System.out.println(flag + "线程释放lock1锁");
        }
        if (lock2.isHeldByCurrentThread()) {
            lock2.unlock();
            System.out.println(flag + "线程释放lock2锁");
        }
        System.out.println(flag + "线程已退出");
    }

}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread thread1 = new Thread(new TestDeadLock3(true));
    Thread thread2 = new Thread(new TestDeadLock3(false));
    thread1.start();
    thread2.start();
    //主线程休眠5秒
    TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
    thread1.interrupt();
}

}
运行结果

true线程获取了lock1
false线程获取lock2
java.lang.InterruptedException

                                    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:896)
                                    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1221)
                                    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lockInterruptibly(ReentrantLock.java:340)

true线程释放lock1锁

                                    at com.akane.test.reentrantlock.TestDeadLock3.run(TestDeadLock3.java:31)

true线程已退出

                                    at java.lang.Thread.run(Thread.java:744)

false线程获取了lock1
false线程释放lock1锁
false线程释放lock2锁
false线程已退出

Process finished with exit code 0
关于interrupt的用法

synchronized在获锁的过程中是不能被中断的，意思是说如果产生了死锁，则不可能被中断（请参考后面的测试例子）。与synchronized功能相似的reentrantLock.lock()方法也是一样，它也不可中断的，即如果发生死锁，那么reentrantLock.lock()方法无法终止，如果调用时被阻塞，则它一直阻塞到它获取到锁为止。但是如果调用带超时的tryLock方法reentrantLock.tryLock(long timeout, TimeUnit unit)，那么如果线程在等待时被中断，将抛出一个InterruptedException异常，这是一个非常有用的特性，因为它允许程序打破死锁。你也可以调用reentrantLock.lockInterruptibly()方法，它就相当于一个超时设为无限的tryLock方法
主线程对Thread1进行了中断，thread1抛出异常，异常被捕获，在finally中释放thread1获得的锁，线程2获得需要的锁，该线程得以继续执行，死锁就被解决了

tryLock
当然，ReentrantLock还提供了另外一个更好的方法解决死锁问题，那就是使用tryLock()方法，该方法会尝试获得锁，如果成功，返回true,失败则返回false。该方法不等待或等待一段时间就返回。

API签名

public boolean tryLock() 立即返回
public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 等待一段时间后返回

死锁的原因在于吃着碗里的看着锅里的，我们让线程拿到一个锁之后无论是否拿到第二个锁，都释放已经拿到的锁，可以将此逻辑放入finally中，配合外层的while(true)多次重复尝试，如果成功获取两个锁，则释放两个锁的同时推出while循环，以下是代码实现，线程睡眠时间由1秒改为1毫秒，减少测试需要的时间

代码

public class TestDeadLock4 implements Runnable{

private boolean      flag;
static ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
static ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();
//统计发生死锁的次数
private static int count;

public TestDeadLock4(boolean flag) {
    this.flag = flag;
}

@Override
public void run() {
    if(flag){
        while (true) {
            if(lock1.tryLock()){
                System.out.println(flag+"线程获得了lock1");
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
                    try {
                        if(lock2.tryLock()){
                            System.out.println(flag+"获得了lock2");
                        }
                    } finally {
                        //同时获得Lock1和lock2，没有发生死锁，任务完成，退出循环
                        if(lock1.isHeldByCurrentThread()&&lock2.isHeldByCurrentThread()){
                            System.out.println(flag+"线程执行完毕"+"---------------------");
                            lock1.unlock();
                            lock2.unlock();
                            break;
                        }else{
                            //说明发生了死锁，只需要释放lock1
                            count++;
                            System.out.println("发生了"+count+"次死锁");
                            lock1.unlock();
                        }
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }else{
        while (true) {
            if(lock2.tryLock()){
                System.out.println(flag+"线程获得了lock2");
                try {
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1);
                    try {
                        if(lock1.tryLock()){
                            System.out.println(flag+"线程获得了lock1");
                        }
                    } finally {
                        if(lock1.isHeldByCurrentThread()&&lock2.isHeldByCurrentThread()){
                            System.out.println(flag+"线程执行完毕"+"---------------------");
                            lock1.unlock();
                            lock2.unlock();
                            break;
                        }else{
                            count++;
                            System.out.println("发生了"+count+"次死锁");
                            lock2.unlock();
                        }
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread thread1 = new Thread(new TestDeadLock4(true));
    Thread thread2 = new Thread(new TestDeadLock4(false));
    thread1.start();
    thread2.start();
}

}
运行结果（部分）

全选复制放进笔记true线程获得了lock1
false线程获得了lock2
发生了3358次死锁
false获得了lock1
false线程执行完毕---------------------
true线程获得了lock1
true获得了lock2
true线程执行完毕---------------------

Process finished with exit code 0
公平锁
除此之外，ReentrantLock还有能实现线程公平获取锁的功能，所谓的公平，指的是在申请获取锁的队列中，排在前面的线程总是优先获得需要的锁，Synchronized同步获得锁的方式是非公平的，举个例子，线程A和B都尝试获得C持有的锁，当C释放该锁时，A和B谁能获得该锁是不确定的，也就是非公平的，而ReentrantLock提供公平地，即先来后到地获取锁的方式。

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