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Java死锁原理详解以及检测和解决死锁的方法

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本文详细介绍了Java死锁的概念，构建、排查、以及解决办法，帮助程序员了解死锁。

死锁概述

两个或者多个线程互相持有对方所需要的资源（锁），都在等待对方执行完毕才能继续往下执行的时候,就称为发生了死锁。结果就是两个进程都陷入了无限的等待中。一般是有多个锁对象的情况下并且获得锁顺序不一致造成的。

比如两条线程分别使用两个锁A、B，线程一是获得锁顺序是A、B，线程二获得锁顺序是B、A。线程一获得锁A后释放cpu执行权。线程二获得锁B后释放cpu执行权。它们持有对方继续执行所需要的锁,也不能主动释放自己持有的锁,此时发生死锁!死锁的底层是基于锁的特性产生的，基本上锁只能同时被一个线程持有，后续线程将进入等待队列对待！。

死锁的产生的必要条件

死锁产生有四个必要条件，只要系统发生死锁则以上四个条件都必须成立。

  1. 互斥条件： 资源是独占的且排他使用，线程互斥使用资源，即任意时刻一个资源只能给一个线程使用，其他线程若申请一个资源，而该资源被另一线程占有时，则申请者等待直到资源被占有者释放。

  2. 不可剥夺条件： 线程所获得的资源在未使用完毕之前，不被其他线程强行剥夺，而只能由获得该资源的线程资源释放。

  3. 请求和保持条件： 线程每次申请它所需要的资源，在申请新的资源的同时，继续占用已分配到的资源。

  4. 循环等待条件： 在发生死锁时必然存在一个线程等待队列{P1,P2,…,Pn},其中P1等待P2占有的资源，P2等待P3占有的资源，…，Pn等待P1占有的资源，形成一个线程等待环路，环路中每一个线程所占有的资源同时被另一个申请，也就是前一个线程占有后一个线程所申请的资源。

事实上循环等待的成立蕴含了前三个条件的成立，似乎没有必要列出然而考虑这些条件对死锁的预防是有利的，因为可以通过破坏四个条件中的任何一个来预防死锁的发生。

构建死锁
下面构建了一个死锁样例，主要是由于获取资源（锁）的顺序不一致导致的。

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public class DeadLock {
    static ReentrantLock resource1 = new ReentrantLock();
    static ReentrantLock resource2 = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) {
        deadLock();

    }

    /**
     * 构建两个线程,让他们发生死锁
     */
    private static void deadLock() {
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    resource1.lock();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": locked resource1");
                    try {
                        resource2.lock();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": locked resource2");
                    } finally {
                        resource2.unlock();
                    }
                } finally {
                    resource1.unlock();
                }
            }
        }, "deadLock-1").start();
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    resource2.lock();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": locked resource2");
                    try {
                        resource1.lock();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": locked resource1");
                    } finally {
                        resource1.unlock();
                    }
                } finally {
                    resource2.unlock();
                }
            }
        }, "deadLock-2").start();
    }

}

运行一段时间后可以发现，控制台不再输出。

死锁检测

遇到死锁问题的时候，我们很容易觉得莫名其妙，而且定位问题也很困难。一般发生死锁时，主要表现为相关线程不再工作，但是并没有抛出异常。

jstack

jstack命令用于生成虚拟机当前时刻的线程快照。

线程快照就是当前虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈集合，生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因，如线程死锁、死循环、请求外部资源导致长时间等待等。jstack相比于jconsole更加的原始，没有图形化界面。

jstack 格式: jstack [option] vmid

控制台输入 jps 找到发生死锁的进程

控制台输入 jstack -l 108(108为死锁进程的pid)。出现线程堆栈信息，拉到最下面,即可发现死锁的信息。我们可以看到,这两个线程互相持有对方所需的资源，又互相需要对方的资源，因此发生了死锁。

如何预防和避免死锁

预防：
死锁的预防基本思想打破产生死锁的四个必要条件中的一个或几个，保证系统不会进入死锁状态。

比如：

  • 打破互斥条件：允许进程同时访问某些资源
  • 打破不剥夺条件：允许进程从占有者占有的资源中强行剥夺一些资源
  • 打破请求与保持条件：进程在运行前一次性地向系统申请它所需要的全部资源
  • 打破循环等待条件：实行资源有序分配策略

避免：

  • 加锁顺序（线程按照一定的顺序加锁）
  • 加锁时限（线程尝试获取锁的时候加上一定的时限，超过时限则放弃对该锁的请求，并释放自己占有的锁）
  • 死锁检测
    阿里巴巴中最新的开发规约，里面有对避免死锁的说明，具体如下：
    【强制】对多个资源、数据库表、对象同时加锁时，需要保持一致的加锁顺序，否则可能会造成死锁。 说明：线程一需要对表 A、B、C 依次全部加锁后才可以进行更新操作，那么线程二的加锁顺序也必须是 A、B、C，否则可能出现死锁。