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并发编程之死锁、活锁、锁饥饿

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死锁

死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。

死锁产生的四个必要条件

  • 互斥条件：线程(进程)对于所分配到的资源具有排它性，即一个资源只能被一个线程(进程)占用，直到被该线程(进程)释放
  • 请求与保持条件：一个线程(进程)因请求被占用资源而发生阻塞时，对已获得的资源保持不放。
  • 不剥夺条件：线程(进程)已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。
  • 循环等待条件：当发生死锁时，所等待的线程(进程)必定会形成一个环路（类似于死循环），造成永久阻塞

如何检测

使用jstack或者jconsole可查看线程堆栈。

"Thread-1" prio=10 tid=0x00007fe8c00a0800 nid=0x17cc waiting for monitor entry [0x00007fe8c5031000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
        at DeadLocakTest$DeadThread2.run(DeadLocakTest.java:61)
        - waiting to lock <0x00000000af24b248> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000af24b258> (a java.lang.Object)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
 
   Locked ownable synchronizers:
        - None
 
"Thread-0" prio=10 tid=0x00007fe8c009e800 nid=0x17cb waiting for monitor entry [0x00007fe8c5132000]
   java.lang.Thread.State: BLOCKED (on object monitor)
        at DeadLocakTest$DeadThread1.run(DeadLocakTest.java:38)
        - waiting to lock <0x00000000af24b258> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000af24b248> (a java.lang.Object)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
 
   Locked ownable synchronizers:
        - None

Thread-1

locked <0x00000000af24b258> waiting to lock 0x00000000af24b248

Thread-0

locked 0x00000000af24b248 waiting to lock 0x00000000af24b258

如何解决

  • 破坏请求与保持条件：一次性申请所有的资源。
  • 破坏不剥夺条件：占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。
  • 破坏循环等待条件：按序申请资源，反序释放资源。

活锁

活锁指的是 任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试，失败，尝试，失败。 活锁和死锁的区别在于，处于活锁的实体是在不断的改变状态，所谓的“活”， 而处于死锁的实体表现为等待；活锁有可能自行解开，死锁则不能。

为解决活锁可以引入一些随机性，例如如果检测到冲突，那么就暂停随机的一定时间进行重试。这回大大减少碰撞的可能性。典型的例子是以太网的CSMA/CD检测机制。

锁饥饿

饥饿：是指如果线程T1占用了资源R，线程T2又请求封锁R，于是T2等待。T3也请求资源R，当T1释放了R上的封锁后，系统首先批准了T3的请求，T2仍然等待。然后T4又请求封锁R，当T3释放了R上的封锁之后，系统又批准了T4的请求…，T2可能永远等待。