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多线程 - 线程安全 2 -- ＞死锁问题

news 来源：原创 2025/7/6 12:32:35

小结复习：

线程安全：

如何解决线程安全问题？

synchronized

“死锁”

死锁的三种经典场景：

1. 一个线程，一把锁。

2.两个线程，两把锁。

3. N 个线程 M 把锁

完！

小结复习：

线程安全：

1. 【根本原因】线程的随机调度，抢占式实行（罪魁祸首，万恶之源），多个线程执行的顺序，存在诸多变数，我们要做的就是需要保证任何一种变数下，执行结果都是正确的，无 bug 的。

2. 多个线程同时修改同一个变量。

3. 修改操作不是原子的。count++ 本质上是 3 个指令，load，add，save...类似的 +=，-= 也是非原子的，但是 = 这种操作，一般是原子的。

4. 内存可见性

5. 指令重排序

如何解决线程安全问题？

加锁 ==》 synchronized 关键字，(锁对象)，锁对象随便放一个 Object 都行，需要关注两个线程是否是针对同一个对象加锁。{代码块}，Java 代码进入代码块，加锁，离开代码块，解锁。

synchronized 修饰普通方法，相当于给 this 加锁（锁对象 this），synchronized 修饰静态方法，相当于给类对象加锁。

synchronized

synchronized 加锁的效果，也可以称为”互斥性“。synchronized 还有一些其他的特性。

举一个例子：

上述例子，是否可以正常运行，打印 hello 呢？ absolutely，可以正常打印 hello。

背后的运行过程：在第一个 synchronized 中，针对 locker 进行加锁，这里的加锁是可以顺利获取到的。下一个 synchronized 中，直观上感觉，这个加锁，应该不能成功呀，此时的 locker 对象处于一句加锁的状态，这个时候，如果要是再尝试对 locker 进行加锁，不应该会出现“阻塞”的情况吗？

但程序又是可以正常运行的呀，关键的问题是，这两次加锁，其实是在同一个线程中进行的。

当前由于是同一个进程，此时锁对象，是知道，第二次加锁的线程，就是持有锁的线程，第二次操作，就可以直接放行通过，不会出现阻塞。

这个特性，就被称为 “可重入性”，使用可重入锁，就可以避免上述代码出现死锁的情况。

那这种双重加锁有什么应用场景吗？ ==》根本没有，这种情况本身就是代码有问题，没有应用场景，但是我们写代码的时候，很容易一不小心，就写出这种双重加锁的效果，可重入锁，就是为例防止，我们在“不小心”中，引入问题，即，就算我们不小心写了双重加锁，也不至于出现死锁情况。

如下：

直观上看，每个地方都只是加了一次锁，但是由于复杂的调用关系，就可能导致，加锁重复了。

那这种情况，就是默认把多个锁看作是一个锁吗？不完全是。

如上图，红色圈 1，此时是真正的加锁，同时 synchronized 中的计数器会 +1（初始情况为0， +1 之后变成了1，说明当前这个对象被该线程加锁了）同时记录线程是谁。

红色圈 2，是第二次加锁的时候，发现加锁线程和持有锁的线程是同一个线程，则计数器++，没有别的操作了，如果不是同一个线程，则会发生阻塞。

蓝色圈 3，把计数器 -1，2 =》 1，由于计数器不为0，不会真的解锁。

蓝色圈 4，再把计数器 -1，1 =》 0，此时计数器归零，真正进行解锁了。

对如可重入锁来说，内部会持有两个信息 ==》 1. 当前这个锁是被那个线程所持有的 2.加锁次数的计数器。

注意，虽然有两个 synchronized，但是，只有一个锁对象，只有一把锁！

总结：

如果对一个线程，不小心使得有多个 synchronized 的情况，则会在最外层的 { 进行加锁，在最外层的 } 进行解锁。

这样，即使上述是 synchronized 嵌套 10 层或者 8 层的，也不会使得解锁操作混乱，并且始终能够保证在正确的时机解锁。

此处的计数器，是真正用来识别解锁时机的关键要点，这个源码是在 JVM 中利用 C++ 代码实现的，在 IDEA 中看不到。

“死锁”

死锁，是多线程代码中的一类经典问题，加锁是能解决线程的安全问题，但如果加锁方式不当，就有可能产生死锁！！！

死锁的三种经典场景：

1. 一个线程，一把锁。

就像上面的场景，如果上面的锁是不可重入锁，并且一个线程对这把锁，加锁两次，就会出现死锁现象。（钥匙锁在屋子里了）

2.两个线程，两把锁。

线程 1 获得到锁 A，线程 2 获得到锁 B，接下来，1 尝试获取锁 B，2尝试获取锁 A，就同样出现死锁了！！！一旦出现死锁，线程就“卡住了”，无法继续工作，死锁，是属于进程中最严重的一类 bug ！！！

示例如下：

运行上述进程，我们可以使用 jconsole 来观察

Thread - 0 被 Thread - 1锁住了，状态为 BLOCKED

Thread - 1 被 Thread - 0锁住了，状态为 BLOCKED

3. N 个线程 M 把锁

这种情况，就会牵扯到一个被称为 “哲学家就餐” 的问题。

假设有五个哲学家围坐在一张圆桌旁，他们的生活方式就是思考和进餐。圆桌上有五根筷子，每两个哲学家之间放一根。哲学家在思考时不需要任何资源，而当他们进餐时，必须同时拿起左右两边的筷子。如果筷子已经被其他哲学家占用，那么该哲学家必须等待，直到筷子可用。

如果某个哲学家，在吃中间的面条的过程中，旁边的两位哲学家，就需要阻塞等待（五个筷子，就相当于五把锁，每个哲学家，就是一个线程）。当线程拿到锁的时候，就会一直持有，除非他吃完了，主动放下筷子，（哲学家都是有身份的人），其他哲学家不能硬抢。

虽然筷子的数量并不充裕，但其实也还还好，每个哲学家，除了吃面条之外，还要做一件事，“思考人生”，在做这件事的时候，哲学家是会放下筷子的。

由于每个哲学家，什么时候吃面条，什么时思考人生，这个事情是不确定的（随即调度），绝大部分情况下，上述模型都是可以正常工作的。

但是，有一些极端的特殊情况，是无法正常工作的。

假设同一时刻，所有的哲学家，都想要吃面条，同时拿起了左手的筷子，这个时候，他们继续尝试拿起右边的筷子，唉，发现拿不起来了，右边的筷子被别人给拿着了！！！

此时，由于所有的哲学家，都不想放下已经拿起来的筷子，就要等待旁边的人放下筷子...没有人能吃到面，也就没有人释放，也就形成死锁了。

解决死锁问题，方案有很多种：

先解释一下，产生死锁的四个必要条件：

1. 互斥使用，获得锁的过程是互斥的。即，一个线程拿到了这把锁，另一个线程如果也想获取，就需要阻塞等待。

2. 不可抢占。一个线程拿到锁之后，就只能主动解锁，不能让别的线程，强行把锁抢走。

3. 请求保持。一个线程拿到锁 A 之后，在持有 A 的前提下，尝试获取 B。

4. 循环等待 / 环路等待。

那如何解决死锁问题呢？核心思路，就是破坏上述的四必要条件呗，且只要能破坏其中一个，就可以解决死锁问题。

1.互斥使用。这是锁的最基本特性，我们不太好破坏。

2. 不可抢占。同样的，这也是锁的最基本特性，同样不好破坏。

3. 请求保持。这个操作是取决于代码结构的，不一定可以破坏，要看实际的代码需求。

4.循环等待 / 环路等待。这个是代码结构中，且是最容易破坏的。

我们可以指定加锁顺序，针对五把锁，都进行编号，约定每个线程获取锁的顺序，一定要先获取编号小的锁，后获取编号大的锁。

如果我们指定了加锁顺序，也就是指定了，哲学家拿筷子顺序，因为哲学家只能拿自己面前的两只筷子，且我们又指定了，要先获取编号小的筷子。

那么，如果从 2 号哲学家开始，当他拿筷子的时候，眼前的 1 2 两只筷子，他需要先拿 1 筷子：

2 号哲学家拿完之后，轮到 3 号哲学家，因为我们指定，需要拿编号小的筷子，所以他只能拿 2 号筷子。

4 5 号哲学家类似，他们分别只能拿 3 4 号筷子

但轮到 1 号哲学家的时候，因为我们指定了，要先获取编号小的筷子，即 1 号哲学家，要先获取面前的 1 号筷子，但此时不好意思，2 号哲学家正霸占着 1 号筷子，1 号哲学家就只能等着啦（阻塞等待）。但其实这时候 5 号筷子是空闲的，则 5 号哲学家，就可以拿 5 号筷子，和 4 号筷子组成一双筷子吃面啦，当 5 号哲学家吃完后，放下 4 5 号筷子，4 号哲学家就可以吃面了，依次 3 2 号哲学家可以吃面了，当 2 号哲学家吃完之后，放下 1 号筷子，1 号哲学家真的痛哭流涕，终于能轮上他吃面了...（虽然吃的迟，但也迟到了，这算是牺牲小自我，换取大家都能吃上面...）

对于我们的示例代码，只需要修改一下线程 2 中锁的顺序即可打破死锁啦！

补充：那能不能我们指定，编号小的哲学家先吃面呢？ ==》这是不可行的，因为大前提是“随机调度”　“抢占式执行”，想办法让某个线程先加锁，未被了“随机调度”的根本原则，可行性是不高的，而约定加锁顺序，在写代码的层面上是非常容易做到的。’

解决死锁，其实是有很方案：

1. 引入额外的筷子 ==》引入额外的锁

2. 去掉一个线程

3. 引入计数器，限制最多同时多少个线程存在

上面三种方案，其实现虽然并不复杂，但其普适性并不是很高，有时候用不了。

4. 引入加锁顺序的规则...（这种方法，普适性非常高，方案容易落地实现）

5. 学校中的操作系统课程中，会有一种“银行家算法”，这个方案，确实可以解决死锁问题，但我们在实际开发中，一般不会这么做。因为这种方法实在的太复杂了，为了解决死锁问题，实现“银行家算法”....死锁解没解决不确定，搞不好，我们在实现“银行家算法”的过程中，就出现了bug（即这种方法，理论上是可行的，实际中并不推荐。）

小结复习：

线程安全：

如何解决线程安全问题？

synchronized

“死锁”

死锁的三种经典场景：

1. 一个线程，一把锁。

2.两个线程，两把锁。

3. N 个线程 M 把锁

完！

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