万字长文带你详解死锁！

,作者 | 王磊,来源 | Java中文社群（ID：javacn666）,转载请联系授权（微信ID：GG_Stone）,死锁（Dead Lock）指的是两个或两个以上的运算单元（进程、线程或协程），都在等待对方停止执行，以取得系统资源，但是没有一方提前退出，就称为死锁。,,死锁的形成分为两个方面，一个是使用内置锁 synchronized 形成的死锁，另一种是使用显式锁 Lock 实现的死锁，接下来我们分别来看。,以上程序的执行结果如下：,,从上述结果可以看出，线程 1 和线程 2 都在等待对方释放锁，这样就造成了死锁问题。,以上程序的执行结果如下：,,通过以上示例，我们可以得出结论，要产生死锁需要满足以下 4 个条件：,只有以上 4 个条件同时满足，才会造成死锁问题。,如果程序出现死锁问题，可通过以下 4 种方案中的任意一种进行分析和排查。,我们在使用 jstack 之前，先要通过 jps 得到运行程序的进程 ID，使用方法如下：,,“jps -l”可以查询本机所有的 Java 程序，jps（Java Virtual Machine Process Status Tool）是 Java 提供的一个显示当前所有 Java 进程 pid 的命令，适合在 linux/unix/windows 平台上简单查看当前 Java 进程的一些简单情况，“-l”用于输出进程 pid 和运行程序完整路径名（包名和类名）。,有了进程 ID（PID）之后，我们就可以使用“jstack -l PID”来发现死锁问题了，如下图所示：,,jstack 用于生成 Java 虚拟机当前时刻的线程快照，“-l”表示长列表（long），打印关于锁的附加信息。,使用 jconsole 需要打开 JDK 的 bin 目录，找到 jconsole 并双击打开，如下图所示：,,然后选择要调试的程序，如下图所示：,,之后点击连接进入，选择“不安全的连接”进入监控主页，如下图所示：,,之后切换到“线程”模块，点击“检测死锁”按钮，如下图所示：,,之后稍等片刻就会检测出死锁的相关信息，如下图所示：,,jvisualvm 也在 JDK 的 bin 目录中，同样是双击打开：,,稍等几秒之后，jvisualvm 中就会出现本地的所有 Java 程序，如下图所示：,,双击选择要调试的程序：,,单击鼠标进入“线程”模块，如下图所示：,,从上图可以看出，当我们切换到线程一栏之后就会直接显示出死锁信息，之后点击“线程 Dump”生成死锁的详情信息，如下图所示：,,jmc 是 Oracle Java Mission Control 的缩写，是一个对 Java 程序进行管理、监控、概要分析和故障排查的工具套件。它也是在 JDK 的 bin 目录中，同样是双击启动，如下图所示：,,jmc 主页信息如下：,,之后选中要排查的程序，右键“启动 JMX 控制台”查看此程序的详细内容，如下图所示：,,然后点击“线程”，勾中“死锁检测”就可以发现死锁和死锁的详情信息，如下图所示：,,接下来我们来分析一下，产生死锁的 4 个条件，哪些是可以破坏的？哪些是不能被破坏的？,通过上述分析，我们可以得出结论，我们只能通过破坏请求和保持条件或者是环路等待条件，从而来解决死锁的问题，那上线，我们就先从破坏“环路等待条件”开始来解决死锁问题。,所谓的顺序锁指的是通过有顺序的获取锁，从而避免产生环路等待条件，从而解决死锁问题的。,当我们没有使用顺序锁时，程序的执行可能是这样的：,,线程 1 先获取了锁 A，再获取锁 B，线程 2 与 线程 1 同时执行，线程 2 先获取锁 B，再获取锁 A，这样双方都先占用了各自的资源（锁 A 和锁 B）之后，再尝试获取对方的锁，从而造成了环路等待问题，最后造成了死锁的问题。,此时我们只需要将线程 1 和线程 2 获取锁的顺序进行统一，也就是线程 1 和线程 2 同时执行之后，都先获取锁 A，再获取锁 B，执行流程如下图所示：,,因为只有一个线程能成功获取到锁 A，没有获取到锁 A 的线程就会等待先获取锁 A，此时得到锁 A 的线程继续获取锁 B，因为没有线程争抢和拥有锁 B，那么得到锁 A 的线程就会顺利的拥有锁 B，之后执行相应的代码再将锁资源全部释放，然后另一个等待获取锁 A 的线程就可以成功获取到锁资源，执行后续的代码，这样就不会出现死锁的问题了。,顺序锁的实现代码如下所示：,以上程序的执行结果如下：,,从上述执行结果可以看出，程序并没有出现死锁的问题。,轮询锁是通过打破“请求和保持条件”来避免造成死锁的，它的实现思路简单来说就是通过轮询来尝试获取锁，如果有一个锁获取失败，则释放当前线程拥有的所有锁，等待下一轮再尝试获取锁。,轮询锁的实现需要使用到 ReentrantLock 的 tryLock 方法，具体实现代码如下：,以上程序的执行结果如下：,,从上述结果可以看出，以上代码也没有出现死锁的问题。,使用轮询锁虽然可以解决死锁的问题，但并不是完美无缺的，比如以下这些问题。,以上简易版的轮询锁，如果遇到有一个线程一直霸占或者长时间霸占锁资源的情况，就会导致这个轮询锁进入死循环的状态，它会尝试一直获取锁资源，这样就会造成新的问题，带来不必要的性能开销，具体示例如下。,以上代码的执行结果如下：,,从上述结果可以看出，线程 1 轮询锁进入了死循环的状态。,针对以上死循环的情况，我们可以改进的思路有以下两种：,以上策略任选其一就可以解决死循环的问题，出于实现成本的考虑，我们可以采用轮询最大次数的方式来改进轮询锁，具体实现代码如下：,以上代码的执行结果如下：,,从以上结果可以看出，当我们改进之后，轮询锁就不会出现死循环的问题了，它会尝试一定次数之后终止执行。,我们以上的轮询锁的轮询等待时间是固定时间，如下代码所示：,这样在特殊情况下会造成线程饿死的问题，也就是轮询锁一直获取不到锁的问题，比如以下示例。,以上代码的执行结果如下：,,从上述结果可以看出，线程 1（轮询锁）一直未成功获取到锁，造成这种结果的原因是：线程 1 每次轮询的等待时间为固定的 1s，而线程 2 也是相同的频率，每 1s 获取一次锁，这样就会导致线程 2 会一直先成功获取到锁，而线程 1 则会一直处于“饿死”的情况，执行流程如下图所示：,,接下来，我们可以将轮询锁的固定等待时间，改进为固定时间 + 随机时间的方式，这样就可以避免因为获取锁的频率一致，而造成轮询锁“饿死”的问题了，具体实现代码如下：,以上代码的执行结果如下：,,从上述结果可以看出，线程 1（轮询锁）加入随机等待时间之后就不会出现线程饿死的问题了。,本文介绍了死锁的概念，以及产生死锁的 4 个条件，排查死锁可以通过本文提供的 4 种工具中的任意一种来检测，从易用性和性能方面来考虑，推荐使用 jconsole 或 jvisualvm，最后我们介绍了死锁问题的两种解决方案：顺序锁和轮询锁。