21.并发编程之活跃性分析

Leefs 2022-10-24 PM 1142℃ 0条

[TOC]

### 一、死锁

#### 死锁产生的四个必要条件

+ **互斥条件**：进程要求对所分配的资源进行排它性控制，即在一段时间内某资源仅为一进程所占用。
+ **请求和保持条件**：当进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
+ **不剥夺条件**：进程已获得的资源在未使用完之前，不能剥夺，只能在使用完时由自己释放。
+ **环路等待条件**：在发生死锁时，必然存在一个进程–资源的环形链。

#### 死锁示例

有这样的情况：一个线程需要同时获取多把锁，这时就容易发生死锁

+ t1 线程获得A对象锁，接下来想获取 B对象的锁

+ t2 线程获得B对象锁，接下来想获取 A对象的锁

```java
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import static com.lilinchao.thread.utils.Sleeper.sleep;

/**
 * @author lilinchao
 * @date 2022-10-24
 * @description 死锁
 **/
@Slf4j(topic = "c.TestDeadLock")
public class TestDeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        test1();
    }

private static void test1() {
        Object A = new Object();
        Object B = new Object();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (A) {
                log.debug("lock A");
                sleep(1);
                synchronized (B) {
                    log.debug("lock B");
                    log.debug("操作...");
                }
            }
        },"t1");

Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (B) {
                log.debug("lock B");
                sleep(0.5);
                synchronized (A) {
                    log.debug("lock A");
                    log.debug("操作...");
                }
            }
        },"t2");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}
```

**运行结果**

```
21:51:08.966 c.TestDeadLock [t2] - lock B
21:51:08.966 c.TestDeadLock [t1] - lock A
// 无限等待
```

### 二、定位死锁

检测死锁可以使用`jconsole`工具，或者使用jps定位进程id，再用`jstack` 定位死锁。

#### 2.1 jconsole工具检测死锁

**（1）选择要监测死锁的进程**

![21.并发编程之活跃性分析01.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/3488772708.jpg)

**（2）选择线程->点击下方检测死锁按钮**

![21.并发编程之活跃性分析02.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/3758124127.jpg)

**（3）产生死锁的线程和信息**

![21.并发编程之活跃性分析03.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/2686760923.jpg)

#### 2.2 通过`jstack` 命令定位死锁

**（1）通过`jps`命令定位进程id**

```basic
D:\Codes\idea\thread_demo>jps
7456 JConsole
9156 TestDeadLock
1128 Launcher
12264 Jps
```

**（2）通过 `jstack` 命令定位死锁**

```
D:\Codes\idea\thread_demo>jstack 9156
```

**运行部分结果**

```
...............
Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"t2":
        at com.lilinchao.concurrent.demo_03.TestDeadLock.lambda$test1$1(TestDeadLock.java:37)
        - waiting to lock <0x00000000d7f90678> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000d7f90688> (a java.lang.Object)
        at com.lilinchao.concurrent.demo_03.TestDeadLock$$Lambda$2/1416233903.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"t1":
        at com.lilinchao.concurrent.demo_03.TestDeadLock.lambda$test1$0(TestDeadLock.java:26)
        - waiting to lock <0x00000000d7f90688> (a java.lang.Object)
        - locked <0x00000000d7f90678> (a java.lang.Object)
        at com.lilinchao.concurrent.demo_03.TestDeadLock$$Lambda$1/787387795.run(Unknown Source)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

Found 1 deadlock.
```

+ 避免死锁要注意加锁顺序

+ 另外如果由于某个线程进入了死循环，导致其它线程一直等待

对于这种情况 linux 下可以通过 top 先定位到 CPU 占用高的 Java 进程，再利用 `top -Hp` 进程id 来定位是哪个线程，最后再用 jstack 排查

### 三、哲学家就餐问题

![21.并发编程之活跃性分析04.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/1142354574.jpg)

有五位哲学家，围坐在圆桌旁。

+ 他们只做两件事，思考和吃饭，思考一会吃口饭，吃完饭后接着思考。 
+ 吃饭时要用两根筷子吃，桌上共有 5 根筷子，每位哲学家左右手边各有一根筷子。 
+ 如果筷子被身边的人拿着，自己就得等待。

**代码示例**

```java
import com.lilinchao.concurrent.utils.Sleeper;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

/**
 * Created by lilinchao
 * Date 2022/10/24
 * Description 哲学家就餐问题
 */
public class Test05 {

public static void main(String[] args) {
        Chopstick c1 = new Chopstick("1");
        Chopstick c2 = new Chopstick("2");
        Chopstick c3 = new Chopstick("3");
        Chopstick c4 = new Chopstick("4");
        Chopstick c5 = new Chopstick("5");
        new Philosopher("苏格拉底", c1, c2).start();
        new Philosopher("柏拉图", c2, c3).start();
        new Philosopher("亚里士多德", c3, c4).start();
        new Philosopher("赫拉克利特", c4, c5).start();
        new Philosopher("阿基米德", c5, c1).start();
    }

}

@Slf4j(topic = "c.Philosopher")
class Philosopher extends Thread {
    Chopstick left;
    Chopstick right;

public Philosopher(String name, Chopstick left, Chopstick right) {
        super(name);
        this.left = left;
        this.right = right;
    }

@Override
    public void run() {
        while (true) {
            //　尝试获得左手筷子
            synchronized (left) {
                // 尝试获得右手筷子
                synchronized (right) {
                    eat();
                }
            }
        }
    }

private void eat() {
        log.debug("eating...");       // 吃饭
        Sleeper.sleep(0.5);         // 思考
    }
}

class Chopstick {
    String name;

public Chopstick(String name) {
        this.name = name;
    }

@Override
    public String toString() {
        return "筷子{" + name + '}';
    }
}
```

**运行结果**

```
22:54:29.039 c.Philosopher [赫拉克利特] - eating...
22:54:29.039 c.Philosopher [苏格拉底] - eating...
22:54:29.544 c.Philosopher [亚里士多德] - eating...
22:54:29.544 c.Philosopher [阿基米德] - eating...
22:54:30.045 c.Philosopher [阿基米德] - eating...
22:54:30.545 c.Philosopher [赫拉克利特] - eating...
22:54:31.046 c.Philosopher [亚里士多德] - eating...
// 无限等待
```

**使用 jconsole 检测死锁**

![21.并发编程之活跃性分析05.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/1500029961.jpg)

线程各自持有各自的资源无法释放。

这种线程没有按预期结束，执行不下去的情况，归类为【活跃性】问题，除了死锁以外，还有活锁和饥饿者两种情况。

### 四、活锁

活锁出现在两个线程互相改变对方的结束条件，最后谁也无法结束。

**示例**

```java
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import static com.lilinchao.concurrent.utils.Sleeper.sleep;

/**
 * @author lilinchao
 * @date 2022-10-24
 * @description 活锁
 **/
@Slf4j(topic = "c.TestLiveLock")
public class TestLiveLock {
    static volatile int count = 10;
    static final Object lock = new Object();

public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            // 期望减到 0 退出循环
            while (count > 0) {
                sleep(0.2);
                count--;
                log.debug("count: {}", count);
            }
        }, "t1").start();
        new Thread(() -> {
            // 期望超过 20 退出循环
            while (count < 20) {
                sleep(0.2);
                count++;
                log.debug("count: {}", count);
            }
        }, "t2").start();
    }
}
```

**运行结果**

```
23:04:21.041 c.TestLiveLock [t1] - count: 9
23:04:21.041 c.TestLiveLock [t2] - count: 9
23:04:21.246 c.TestLiveLock [t2] - count: 10
23:04:21.246 c.TestLiveLock [t1] - count: 9
23:04:21.447 c.TestLiveLock [t2] - count: 10
23:04:21.447 c.TestLiveLock [t1] - count: 9
23:04:21.652 c.TestLiveLock [t2] - count: 10
......................
```

**分析**

t1和t2两个线程，一个执行`count--`，期望减到0的时候退出循环，一个执行`count++`，期望加到20退出循环，但是永远不能都退出循环。

### 五、饥饿

很多教程中把饥饿定义为，一个线程由于优先级太低，始终得不到 CPU 调度执行，也不能够结束，饥饿的情况不易演示，讲读写锁时会涉及饥饿问题

下面我讲一下我遇到的一个线程饥饿的例子，先来看看使用顺序加锁的方式解决之前的死锁问题

**死锁的产生**

![21.并发编程之活跃性分析06.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/308838594.jpg)

- 线程1获取到了锁A，线程2获取到了锁B
- 线程1尝试获取锁B失败，线程2尝试获取锁A失败

**顺序加锁的解决方案来避免死锁**

![21.并发编程之活跃性分析07.jpg](https://lilinchao.com/usr/uploads/2022/10/3428327725.jpg)

- 线程1获取到了锁A，线程2尝试获取锁A失败
- 线程1获取到了锁B，线程2尝试获取锁B将会被阻塞

标签: 并发编程

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