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Java 并发编程通关秘籍——08死锁

news 来源：原创 2025/5/29 16:35:43

在多线程编程中，死锁是一种严重的问题，它会导致程序无法继续执行，资源被无限占用。第八章将深入探讨 Java 中死锁的成因、检测方法以及预防和避免策略，帮助开发者写出更健壮的多线程程序。

8.1 死锁的定义与成因

8.1.1 死锁的定义

死锁是指多个线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的僵局状态。若无外力干涉，这些线程将永远无法继续执行。例如，线程 A 持有资源 X 并等待资源 Y，线程 B 持有资源 Y 并等待资源 X，此时 A 和 B 相互等待，形成死锁。

8.1.2 死锁产生的四个必要条件

互斥条件：资源一次只能被一个线程占用，其他线程不能同时访问该资源。例如，打印机在打印文件时，其他线程无法使用。
占有并等待条件：线程在持有至少一个资源的情况下，继续请求其他资源，且在获取新资源前不释放已持有的资源。
不可剥夺条件：资源只能由持有它的线程主动释放，其他线程不能强行剥夺。
循环等待条件：存在一个线程资源的循环链，链中每个线程都在等待下一个线程所持有的资源。

只有当这四个条件同时满足时，死锁才会发生。要避免死锁，只需破坏其中任意一个条件即可。

8.2 死锁示例代码

以下是一个简单的死锁示例，模拟两个线程争夺两把锁的场景：

public class DeadlockExample {private static final Object resource1 = new Object();private static final Object resource2 = new Object();public static void main(String[] args) {Thread thread1 = new Thread(() -> {synchronized (resource1) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 持有 resource1，等待 resource2");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}synchronized (resource2) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取到 resource2");}}}, "线程1");Thread thread2 = new Thread(() -> {synchronized (resource2) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 持有 resource2，等待 resource1");try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}synchronized (resource1) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取到 resource1");}}}, "线程2");thread1.start();thread2.start();}
}

在上述代码中，线程1先获取resource1，然后等待resource2；线程2先获取resource2，然后等待resource1，满足死锁产生的四个条件，导致死锁发生。

8.3 死锁的检测方法

8.3.1 使用 jstack 命令

jstack是 JDK 自带的命令行工具，用于打印 Java 进程中线程的堆栈信息。通过分析堆栈信息，可以找出死锁的线程和资源。使用步骤如下：

使用jps命令获取 Java 进程的 PID（进程 ID）。
执行jstack <PID>命令，查看线程堆栈信息。若存在死锁，会在输出中显示Found one or more deadlocks:的提示，并列出死锁的线程和资源。

8.3.2 使用 Java Mission Control

Java Mission Control 是一款可视化的性能分析和故障诊断工具，它可以实时监控 Java 应用的运行状态，并自动检测死锁。在工具中，死锁线程会以红色高亮显示，方便开发者定位问题。

8.3.3 代码层面检测

在代码中添加监控逻辑，定期检查线程状态和资源持有情况。例如，可以使用ThreadMXBean接口获取线程信息，通过自定义算法检测是否存在死锁。不过，这种方式实现较为复杂，通常用于对实时性要求较高的场景。

8.4 死锁的预防与避免策略

8.4.1 破坏互斥条件

某些情况下，可以通过将资源设计为可共享访问，避免资源的独占使用。例如，使用读写锁（ReadWriteLock），允许多个线程同时读取资源，仅在写操作时独占资源，从而减少资源竞争。

8.4.2 破坏占有并等待条件

一次性分配资源：在一个线程开始执行前，一次性为其分配所有需要的资源。如果无法满足全部资源需求，则不分配任何资源，避免线程持有部分资源后等待其他资源。
释放已持资源：当线程请求新资源失败时，主动释放已持有的资源，然后重新尝试获取所有资源。

8.4.3 破坏不可剥夺条件

设计资源分配机制，允许高优先级线程剥夺低优先级线程持有的资源。例如，在操作系统中，高优先级进程可以抢占低优先级进程的 CPU 资源。不过，这种方式在 Java 应用层面实现较为复杂，且可能引发其他问题。

8.4.4 破坏循环等待条件

资源排序法：为所有资源分配唯一的序号，线程必须按照序号递增的顺序获取资源。例如，若有资源 A（序号 1）、资源 B（序号 2），线程必须先获取 A，再获取 B，避免循环等待。

public class ResourceOrderingExample {private static final Object resource1 = new Object();private static final Object resource2 = new Object();public static void main(String[] args) {Thread thread1 = new Thread(() -> {synchronized (resource1) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 持有 resource1，获取 resource2");synchronized (resource2) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取到 resource2");}}}, "线程1");Thread thread2 = new Thread(() -> {synchronized (resource1) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 持有 resource1，获取 resource2");synchronized (resource2) {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 获取到 resource2");}}}, "线程2");thread1.start();thread2.start();}
}