Java并发编程避免活跃性问题

青旅半醒 2022-05-12 07:28 162阅读 0赞

# Java并发编程 避免活跃性问题 #

*  在安全性与活跃性之间通常存在着某种制衡
 *  我们使用加锁机制来确保线程安全，但过度的使用加锁，则可能导致锁顺序死锁
 *  使用线程池和信号量来限制对资源的使用，可能导致资源死锁
 *  Java应用程序无法从死锁中恢复过来

## 10.1 死锁 ##

经典的哲学家进餐问题，每个人都拥有其他人需要的资源，同时又等待其他人已经拥有的资源，并且每个人在获得锁需要的资源之前都不会放弃已经拥有的资源。

数据库系统在实际中考虑了检测死锁以及从死锁中恢复，当检测到一组事务发生了死锁是，会选择一个牺牲者并放弃这个事务。

Java在解决死锁问题方法没有数据库系统那么强大，当一组线程发生死锁时，这些线程永远不能再使用了。

高负载的情况下最容易发生死锁。

### 10.1.1 锁顺序死锁 ###

出现死锁的原因：两个线程试图以不同的顺序来获得相同的锁，如果按照相同的顺序来请求锁，那么就不会出现循环的加锁依赖性。

/**
     * @author MXH
     *
     * 2018年9月14日 下午10:07:26
     * 
     * 
     */
    package com.mxh.ch10.lock;
    
    public class LeftRightDeadlock {
        private final Object left = new Object();
        private final Object right = new Object();
    
        public void leftRight() {
            synchronized (left) {
                synchronized (right) {
                    // doSomething
                }
            }
        }
    
        public void rightLeft() {
            synchronized (right) {
                synchronized (left) {
                    // doSomethingElse
                }
            }
        }
    }

### 10.1.2 动态的锁顺序死锁 ###

/**
     * @author MXH
     *
     * 2018年9月14日 下午10:12:09
     * 
     * 
     */
    package com.mxh.ch10.lock;
    
    public class AccountService {
        public void transferMoney(Account fromAccount, Account toAccount, DollarAmount amount) {
            /*
             * 虽然锁的顺序固定，但仍然可能会导致死锁
             * 
             * 比如A向B转账，而B恰巧也向A转账，就会导致不同锁顺序
             */
            synchronized (fromAccount) {
                synchronized (toAccount) {
                    // 转账行为
                }
            }
        }
    }
    
    class Account {
    
    }
    
    class DollarAmount {
    
    }

解决方法：  
\- 对参数进行比较，固定加锁顺序。可以使用System.indentityHashCode提供的哈希值来比较，但此方法在极少数情况下返回的值可能相同。也可以使用账户的ID进行比较  
\- 可以使用加时赛，在获得两个Account锁之前，首先获得这个计时赛锁。

### 10.1.3 在协作对象之间发生的死锁 ###

在持有锁时调用某个外部方法，那么就有可能造成活跃性问题。在这个外部方法中可能会获取其他锁（这可能会产生死锁），或者阻塞时间过长，导致其他线程无法及时获得当前被持有的锁。

示例代码：在协作对象之间发生的死锁

/**
     * @author MXH
     *
     * 2018年9月15日 下午5:25:00
     * 
     * 
     */
    package com.mxh.ch10.lock.taxi;
    
    import java.awt.Point;
    
    public class Taxi {
        private Point location;
        private Point destiation;
        private final Dispatcher dispatcher;
    
        public Taxi(Dispatcher dispatcher) {
            this.dispatcher = dispatcher;
        }
    
        public synchronized Point getLocation() {
            return location;
        }
    
        public synchronized void setLocation(Point location) {
            this.location=location;
            if(location.equals(destiation)) {
                dispatcher.notifyAvailable(this);
            }
        }
    }
    
    /**
     * @author MXH
     *
     * 2018年9月15日 下午5:25:37
     * 
     * 
     */
    package com.mxh.ch10.lock.taxi;
    
    import java.awt.Image;
    import java.util.HashSet;
    import java.util.Set;
    
    public class Dispatcher {
        private final Set<Taxi> taxis;
        private final Set<Taxi> availableTaxis;
    
        public Dispatcher() {
            taxis = new HashSet<>();
            availableTaxis = new HashSet<>();
        }
    
        public synchronized void notifyAvailable(Taxi taxi) {
            availableTaxis.add(taxi);
        }
    
        public synchronized Image getImage() {
            for (Taxi taxi : taxis) {
                taxi.getLocation();
            }
            return null;
        }
    
    }

### 10.1.4 开放调用 ###

如果在调用某个方法时不需要持有锁，那么这种调用被称为开放调用。

用开放调用改写Taxi（使用同步代码块，而不是同步方法）

public synchronized void setLocation(Point location) {
        boolean reachedDestination;
        synchronized (this) {
            this.location = location;
            reachedDestination = location.equals(destiation);
        }
    
        if (reachedDestination) {
            dispatcher.notifyAvailable(this);
        }
    }

在程序中应该尽量使用开放调用。

### 10.1.5 资源死锁 ###

*  资源池通常采用信号量来实现
 *  资源池越大，出现死锁的可能性越小
 *  在有界、资源池与相互依赖的任务不能一起使用

## 10.2 死锁的避免与诊断 ##

在设计时必须考虑锁的顺序：尽量减少潜在的解锁交互数量，将获取锁时需要遵循的协议写入正式文档并始终遵循这些协议。

首先，找出在什么地方将过去这个锁（是这个集合尽量小），然后对所有这些实例进行全局分析，从而确保它们在整个程序中获取锁的顺序都保持一致。

### 10.2.1 支持定时的锁 ###

有一项技术可以检测死锁和从死锁中恢复过来，即显式使用Lock中的定时tryLock功能来代替内置锁机制。显式锁可以指定一个超时限制，超时即失败，但不会有错误信息，可以重启任务或取消。

### 10.2.2 通过线程转储信息类分析死锁 ###

JVM通过线程转储来帮助识别死锁的发生。在许多IDE（集成开发环境）中都可以请求线程转储。在诊断死锁时，JVM可以帮我们做许多工作，哪些锁导致了这个问题，涉及哪些线程，它们持有哪些其它的锁，以及是否间接地给其他线程带来了不利影响。

简单方法：jps命令获取进程pid，jstack根据pid得到线程转储信息。

分析程序

/**
     * @author MXH
     *
     * 2018年9月15日 下午7:16:44
     * 
     * 
     */
    package com.mxh.ch10.lock.deadlock;
    
    public class DeadLock {
        public synchronized void work() {
            while (true) {
    
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            DeadLock deadLock = new DeadLock();
            new MyThread(deadLock).start();
            new MyThread(deadLock).start();
        }
    }
    
    class MyThread extends Thread {
        private final DeadLock deadLock;
    
        public MyThread(DeadLock deadLock) {
            this.deadLock = deadLock;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            deadLock.work();
        }
    }

获取pid（DeadLock）

![3UpvfP4.png][]

查看线程转储信息

![yXrET5M.png][]

## 10.3 其他活跃性问题 ##

饥饿、丢失信息和活锁。

### 10.3.1 饥饿 ###

当线程由于无法访问它所需要的资源而不能继续执行时，就发生了饥饿。在Java应用程序中国对线程的优先级使用不当，或者在持有锁时执行了一些无法结束的结构，也有可能导致饥饿。

当改变了线程优先级时，由于JVM与不同操作系统的线程等级映射不同，这时候程序就成了与平台相关的。当提高某个线程的优先级时，可能不会起任何作用，或者也可能使得某个线程的调度高于其他线程，从而导致饥饿。

要避免使用线程优先级，因为这会增加平台依赖性，并可能导致活跃性问题。

### 10.3.2 糟糕的响应性 ###

在GUI程序中，若使用的后台线程是CPU密集型的，那么界面线程仍然可能会失去响应。这时候就应该降低后台线程的优先级，提高界面的响应性。