Java线程死锁实例及解决方法

Java线程死锁是指两个或多个线程被永久地阻塞，它们在等待其他线程释放它们所需要的资源。这是一个非常常见的问题，在并发编程中，如果不了解和处理好线程死锁，则会引发严重的程序堵塞甚至崩溃。

Java线程死锁的实例

示例1

下面是一个简单的死锁案例。假设有两个线程：A和B，他们都需要获取两个锁才能继续执行，两个锁分别是LockA和LockB，代码如下：

public class DeadLockDemo {

    private static final Object LockA = new Object();
    private static final Object LockB = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            synchronized (LockA) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get LockA");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (LockB) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get LockB");
                }
            }
        }, "A").start();


        new Thread(() -> {
            synchronized (LockB) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get LockB");
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (LockA) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " get LockA");
                }
            }
        }, "B").start();

    }
}

在这个例子中，线程A先获取锁LockA,然后暂停2秒钟，然后再尝试获取锁LockB。而线程B先获取锁LockB,然后暂停2秒钟，然后再尝试获取锁LockA。由于线程A持有锁LockA导致线程B无法获取锁，同时线程B持有锁LockB导致线程A无法获取锁。这种情况就是典型的死锁。

示例2

这个示例是在项目中真实的死锁问题。在某个博客网站中，读者可以对博客中的文章进行评论。当读者提交评论时，会在实体对象上加锁，避免并发修改同一实体时造成问题。如果两个读者同时评论，就会出现死锁。

public class DeadLockDemo {

    public static final long WAIT_TIME = 500;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        final Article article = new Article();

        Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                article.addComment(new Comment("Adam", "Nice article."));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });


        Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                article.addComment(new Comment("Bob", "Great work!"));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("All comments added.");
    }
}

class Article {

    private final Object lockObj = new Object();
    private List<Comment> comments = new ArrayList<>();

    public void addComment(Comment comment) throws InterruptedException {
        synchronized (lockObj) {
            Thread.sleep(DeadLockDemo.WAIT_TIME);
            comments.add(comment);
        }
    }
}

// Comment entity
class Comment {
    private String author;
    private String text;

    public Comment(String author, String text) {
        this.author = author;
        this.text = text;
    }
    // Getters and setters
}

在这个例子中，我们有一个名为 Article 的实体类，并有一个 addComment 方法，该方法会在实体类上加一个锁以避免并发修改。现在我们有两个线程： t1 和 t2，在同时对 Article 实例进行操作。由于在 addComment 方法上加上了一个锁，当两个线程都尝试获取锁时，会发生死锁，从而导致两个线程都被永久性地阻塞。

Java线程死锁的解决方法

1. 使用锁的顺序

避免死锁最简单的方法是使用锁的顺序来避免死锁。即要求每个线程在获取多个锁时，必须按照一个特定的顺序来获取这些锁，这样可以有效地避免死锁。例如在上面的示例中，如果任一线程在加锁 Article 对象实例之前，先加锁 lockObj 对象实例，那么就可以避免死锁。

2. 使用锁超时机制

另一个可行的解决方案是锁超时机制。可以使用 tryLock() 方法去尝试获取锁，而不是直接使用 synchronized 或者 Lock 的 lock() 方法。可以在 tryLock() 方法中设置一个超时值，当超时时间到达之后，线程会尝试去获取其它锁的所有权，从而避免死锁。例如，可以使用如下的代码片段：

private boolean tryLockWithTimeout(Lock lock1, Lock lock2, long timeout) throws InterruptedException {

    long start = System.currentTimeMillis();
    long end = start + timeout;
    boolean gotFirstLock = false;
    while (System.currentTimeMillis() < end && !gotFirstLock) {
        gotFirstLock = lock1.tryLock();
        if (!gotFirstLock) {
            Thread.sleep(100);
        }
    }

    if (!gotFirstLock) {
        return false;
    }

    try {
        return lock2.tryLock(timeout, TimeUnit.MILLISECONDS);
    } finally {
        if (!gotBothLocks()) {
            lock1.unlock();
        }
    }
}

3. 使用死锁检测机制

一旦死锁发生，我们可以使用死锁检测机制来检测和解决死锁。Java 提供了内部死锁检测的机制，可以使用 ThreadMXBean 类的 findDeadlockedThreads() 方法检测死锁。如果死锁被检测到，可以使用 interrupt() 方法中断某些线程以解除死锁。例如，可以使用以下代码来检测和解决死锁：

ThreadMXBean mxBean = ManagementFactory.getThreadMXBean();
long[] ids = mxBean.findDeadlockedThreads();
if (ids != null) {
    ThreadInfo[] threadInfos = mxBean.getThreadInfo(ids);
    LOGGER.error("Deadlock detected:");
    for (ThreadInfo threadInfo : threadInfos) {
        LOGGER.error(threadInfo);
    }

    //interrupt some threads to resolve deadlock
}

4. 其他措施

此外，还有其他措施，例如更好地编写代码以减少上述问题的风险，尽可能地安排线程以避免死锁等。

综上，我们可以看出，死锁问题是非常普遍的，并且有许多方式来避免和解决它们。对于Java程序员来说，可以通过使用锁的顺序、锁超时机制、死锁检测机制以及其他措施来避免和处理Java线程死锁问题。