Question

如何通过编程发现Java死锁

Answer 1

　　死锁是这样一种情形：多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。

导致死锁的根源在于不适当地运用“synchronized”关键词来管理线程对特定对象的访问。“synchronized”关键词的作用是，确保在某个时刻只有一个线程被允许执行特定的代码块，因此，被允许执行的线程首先必须拥有对变量或对象的排他性的访问权。当线程访问对象时，线程会给对象加锁，而这个锁导致其它也想访问同一对象的线程被阻塞，直至第一个线程释放它加在对象上的锁。

由于这个原因，在使用“synchronized”关键词时，很容易出现两个线程互相等待对方做出某个动作的情形。代码一是一个导致死锁的简单例子。

//代码一
class Deadlocker {
int field_1;
private Object lock_1 = new int[1];
int field_2;
private Object lock_2 = new int[1];

public void method1(int value) {
“synchronized” (lock_1) {
“synchronized” (lock_2) {
field_1 = 0; field_2 = 0;
}
}
}

public void method2(int value) {
“synchronized” (lock_2) {
“synchronized” (lock_1) {
field_1 = 0; field_2 = 0;
}
}
}
}

参考代码一，考虑下面的过程：

◆ 一个线程（ThreadA）调用method1()。

◆ ThreadA在lock_1上同步，但允许被抢先执行。

◆ 另一个线程（ThreadB）开始执行。

◆ ThreadB调用method2()。

◆ ThreadB获得lock_2，继续执行，企图获得lock_1。但ThreadB不能获得lock_1，因为ThreadA占有lock_1。

◆ 现在，ThreadB阻塞，因为它在等待ThreadA释放lock_1。

◆ 现在轮到ThreadA继续执行。ThreadA试图获得lock_2，但不能成功，因为lock_2已经被ThreadB占有了。

◆ ThreadA和ThreadB都被阻塞，程序死锁。

当然，大多数的死锁不会这么显而易见，需要仔细分析代码才能看出，对于规模较大的多线程程序来说尤其如此。好的线程分析工具，例如JProbe Threadalyzer能够分析死锁并指出产生问题的代码位置。

隐性死锁

隐性死锁由于不规范的编程方式引起，但不一定每次测试运行时都会出现程序死锁的情形。由于这个原因，一些隐性死锁可能要到应用正式发布之后才会被发现，因此它的危害性比普通死锁更大。下面介绍两种导致隐性死锁的情况：加锁次序和占有并等待。

加锁次序

当多个并发的线程分别试图同时占有两个锁时，会出现加锁次序冲突的情形。如果一个线程占有了另一个线程必需的锁，就有可能出现死锁。考虑下面的情形，ThreadA和ThreadB两个线程分别需要同时拥有lock_1、lock_2两个锁，加锁过程可能如下：

◆ ThreadA获得lock_1；

◆ ThreadA被抢占，VM调度程序转到ThreadB；

◆ ThreadB获得lock_2；

◆ ThreadB被抢占，VM调度程序转到ThreadA；

◆ ThreadA试图获得lock_2，但lock_2被ThreadB占有，所以ThreadA阻塞；

◆ 调度程序转到ThreadB；

◆ ThreadB试图获得lock_1，但lock_1被ThreadA占有，所以ThreadB阻塞；

◆ ThreadA和ThreadB死锁。

必须指出的是，在代码丝毫不做变动的情况下，有些时候上述死锁过程不会出现，VM调度程序可能让其中一个线程同时获得lock_1和lock_2两个锁，即线程获取两个锁的过程没有被中断。在这种情形下，常规的死锁检测很难确定错误所在。

占有并等待

如果一个线程获得了一个锁之后还要等待来自另一个线程的通知，可能出现另一种隐性死锁，考虑代码二。

//代码二
public class queue {
static java.lang.Object queueLock_;
Producer producer_;
Consumer consumer_;

public class Producer {
void produce() {
while (!done) {
“synchronized” (queueLock_) {
produceItemAndAddItToQueue();
“synchronized” (consumer_) {
consumer_.notify();
}
}
}
}

public class Consumer {
consume() {
while (!done) {
“synchronized” (queueLock_) {
“synchronized” (consumer_) {
consumer_.wait();
}
removeItemFromQueueAndProcessIt();
}
}
}
}
}
}

在代码二中，Producer向队列加入一项新的内容后通知Consumer，以便它处理新的内容。问题在于，Consumer可能保持加在队列上的锁，阻止Producer访问队列，甚至在Consumer等待Producer的通知时也会继续保持锁。这样，由于Producer不能向队列添加新的内容，而Consumer却在等待Producer加入新内容的通知，结果就导致了死锁。

在等待时占有的锁是一种隐性的死锁，这是因为事情可能按照比较理想的情况发展—Producer线程不需要被Consumer占据的锁。尽管如此，除非有绝对可靠的理由肯定Producer线程永远不需要该锁，否则这种编程方式仍是不安全的。有时“占有并等待”还可能引发一连串的线程等待，例如，线程A占有线程B需要的锁并等待，而线程B又占有线程C需要的锁并等待等。

要改正代码二的错误，只需修改Consumer类，把wait()移出“synchronized”()即可。