Java多线程7：死锁

前言

死锁单独写一篇文章是因为这是一个很严重的、必须要引起重视的问题。这不是夸大死锁的风险，尽管锁被持有的时间通常很短，但是作为商业产品的应用程序每天可能要执行数十亿次获取锁->释放锁的操作，只要在这数十亿次操作中只要有一次发生了错误，就可能导致程序中发生死锁，并且即使通过压力测试也不可能找出所有潜在的死锁。

死锁

一个经典的多线程问题。

当一个线程永远地持有一个锁，并且其他线程都尝试去获得这个锁时，那么它们将永远被阻塞，这个我们都知道。如果线程A持有锁L并且想获得锁M，线程B持有锁M并且想获得锁L，那么这两个线程将永远等待下去，这种情况就是最简单的死锁形式。

在数据库系统的设计中考虑了监测死锁以及从死锁中恢复，数据库如果监测到了一组事务发生了死锁时，将选择一个牺牲者并放弃这个事务。Java虚拟机解决死锁问题方面并没有数据库这么强大，当一组Java线程发生死锁时，这两个线程就永远不能再使用了，并且由于两个线程分别持有了两个锁，那么这两段同步代码/代码块也无法再运行了----除非终止并重启应用。

死锁是设计的BUG，问题比较隐晦。不过死锁造成的影响很少会立即显现出来，一个类可能发生死锁，并不意味着每次都会发生死锁，这只是表示有可能。当死锁出现时，往往是在最糟糕的情况----高负载的情况下。

下面给出一个产生死锁的简单代码并且演示如何分析这是一个死锁：

public class DeadLock
{
    private final Object left = new Object();
    private final Object right = new Object();
    
    public void leftRight() throws Exception
    {
        synchronized (left)
        {
            Thread.sleep(2000);
            synchronized (right)
            {
                System.out.println("leftRight end!");
            }
        }
    }
    
    public void rightLeft() throws Exception
    {
        synchronized (right)
        {
            Thread.sleep(2000);
            synchronized (left)
            {
                System.out.println("rightLeft end!");
            }
        }
    }
}

注意这里一定要有"Thread.sleep(2000)"让线程睡一觉，不然一个线程运行了，另一个线程还没有运行，先运行的线程很有可能就已经连续获得两个锁了。写两个线程分别调用它们：

public class Thread0 extends Thread
{
    private DeadLock dl;
    
    public Thread0(DeadLock dl)
    {
        this.dl = dl;
    }
    
    public void run()
    {
        try
        {
            dl.leftRight();
        } 
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class Thread1 extends Thread
{
    private DeadLock dl;
    
    public Thread1(DeadLock dl)
    {
        this.dl = dl;
    }
    
    public void run()
    {
        try
        {
            dl.rightLeft();
        } 
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

写个main函数调用一下：

public static void main(String[] args)
{
    DeadLock dl = new DeadLock();
    Thread0 t0 = new Thread0(dl);
    Thread1 t1 = new Thread1(dl);
    t0.start();
    t1.start();

    while(true);   
}

至于结果，没有结果，什么语句都不会打印，因为死锁了。下面演示一下如何定位死锁问题：

1、jps获得当前Java虚拟机进程的pid

2、jstack打印堆栈。jstack打印内容的最后其实已经报告发现了一个死锁，但因为我们是分析死锁产生的原因，而不是直接得到这里有一个死锁的结论，所以别管它，就看前面的部分

先说明介绍一下每一部分的意思，以"Thread-1"为例：

（1）"Thread-1"表示线程名称

（2）"prio=6"表示线程优先级

（3）"tid=00000000497cec00"表示线程Id

（4）nid=0x219c

线程对应的本地线程Id，这个重点说明下。因为Java线程是依附于Java虚拟机中的本地线程来运行的，实际上是本地线程在执行Java线程代码，只有本地线程才是真正的线程实体。Java代码中创建一个thread，虚拟机在运行期就会创建一个对应的本地线程，而这个本地线程才是真正的线程实体。Linux环境下可以使用"top -H -p JVM进程Id"来查看JVM进程下的本地线程（也被称作LWP）信息，注意这个本地线程是用十进制表示的，nid是用16进制表示的，转换一下就好了，0x219c对应的本地线程Id应该是8604。

（5）"[0x000000004a3bf000..0x000000004a3bf790]"表示线程占用的内存地址

（6）"java.lang.Thread.State：BLOCKED"表示线程的状态

解释完了每一部分的意思，看下Thread-1处于BLOCKED状态，Thread-0处于BLOCKED状态。对这两个线程分析一下：

（1）Thread-1获得了锁0x000000003416a4e8，在等待锁0x000000003416a4d8

（2）Thread-0获得了锁0x000000003416a4d8，在等待锁0x000000003416a4e8

由于两个线程都在等待获取对方持有的锁，所以就这么永久等待下去了。

3、注意一下使用Eclipse/MyEclipse，这段程序如果不点击控制台上面的红色方框去Terminate掉它，而是右键->Run As->1 Java Application的话，这个进程会一直存在的，这时候可以利用taskkill命令去终止没有被Terminate的进程：

避免死锁的方式

既然可能产生死锁，那么接下来，讲一下如何避免死锁。

1、让程序每次至多只能获得一个锁。当然，在多线程环境下，这种情况通常并不现实

2、设计时考虑清楚锁的顺序，尽量减少嵌在的加锁交互数量

3、既然死锁的产生是两个线程无限等待对方持有的锁，那么只要等待时间有个上限不就好了。当然synchronized不具备这个功能，但是我们可以使用Lock类中的tryLock方法去尝试获取锁，这个方法可以指定一个超时时限，在等待超过该时限之后变回返回一个失败信息