Java并发之嵌套管程锁死详解

简介

Java 并发编程中的管程（Monitor）是实现并发编程的常见方式，该技术利用了锁、条件变量等概念来协调多个线程间的执行。然而，嵌套的管程锁死却是烦扰Java并发编程的一大难题。本文将详细讲解嵌套管程锁死的原因、如何解决及相关实例说明。

嵌套管程锁死原因

管程中的锁是互斥锁，当一个线程获取了管程上的锁，其他线程就无法访问相应的代码段，直到当前线程释放锁为止。在某些场景下，我们可能需要在获取锁之后再次获取同一个管程的锁，这样就形成了嵌套的管程锁死问题（Deadlock）。

嵌套管程锁死示例

下面给出一个简单的例子来模拟嵌套管程锁死问题，假设有两个类A和B，它们互相使用对方的管程：

public class A{
    private B b;
    public synchronized void getB() {
        b.get();
    }
    public synchronized void setB(B b) {
        this.b = b;
    }
    public synchronized void get() {
        System.out.println("A.get");
    }
}

public class B {
    private A a;
    public synchronized void getA() {
        a.get();
    }
    public synchronized void setA(A a) {
        this.a = a;
    }
    public synchronized void get() {
        System.out.println("B.get");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        B b = new B();
        a.setB(b);
        b.setA(a);
        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                a.getB();
            }
        });
        Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                b.getA();
            }
        });
        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}

上述代码中，A和B类都互相引用了对方的实例，并且都在自己的方法中使用了对方的方法。在主线程中，我们创建了两个线程A和B，分别去获取对方的方法。由于A获取了B的实例，因此当A线程在执行b.get()方法时，会去获取B实例上的锁。但是，此时B实例的锁已经被B线程获取，B线程此时正尝试去获取A实例上的锁。由于A实例的锁已经被A线程获取，因此A线程阻塞等待B线程释放A实例上的锁，而B线程也阻塞等待A线程释放B实例上的锁，导致程序陷入了死锁状态。

解决方案

出现嵌套管程锁死问题时，可以尝试以下解决方案：

1. 消除嵌套管程，尽可能减少锁的嵌套层次；
2. 使用tryLock方法，尝试非阻塞式获取锁，避免长时间阻塞；
3. 重新设计类的结构，避免出现互相引用，同时封装类的内部状态使其线程安全。

下面给出第二种解决方案的示例代码：

public class A{
    private B b;
    public synchronized void getB() {
        while (!b.tryLock()) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println("A.getB");
        b.unlock();
    }
    public void setB(B b) {
        this.b = b;
    }
}

public class B {
    private A a;
    public synchronized void getA() {
        while (!a.tryLock()) {
            Thread.yield();
        }
        System.out.println("B.getA");
        a.unlock();
    }
    public void setA(A a) {
        this.a = a;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        B b = new B();
        a.setB(b);
        b.setA(a);
        Thread threadA = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                a.getB();
            }
        });
        Thread threadB = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                b.getA();
            }
        });
        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}

在上述代码中，管程调用了tryLock方法尝试非阻塞式获取锁，当获取锁失败时会进行线程礼让等待一段时间后再次尝试获取锁。这样可以有效避免因长时间阻塞导致的死锁问题。

总结

嵌套管程锁死问题是Java并发编程中常见的难题，该文章着重讲解了该问题的原因、解决方案以及示例代码，并提出了尽可能消除嵌套、封装内部状态、tryLock等解决方案。在实际开发中，需要注意锁的嵌套及应尽可能减少应用中的相互依赖性，提高应用的并发性及稳定性。