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Java同步机制之死锁

姊妹篇《 Java同步机制之synchronized 》姊妹篇《 Java同步机制之volatile 》

指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。

先来看一则新闻：

《武器贸易条约》是联合国为监管八类常规武器的国际贸易制定的共同国际标准，该条约于2013年4月2日在联合国大会上通过。2013年6月3日在纽约联合国总部开放供所有国家签署，当天签署的国家超过60个。不过，美国、中国和俄罗斯这3个安理会常任理事国当天没有签约。后来，最大武器生产和出口国美国签署该条约，但未正式批准。中国和俄罗斯还未签署这一条约。2019年4月26日，美国总统特朗普在印第安纳州举行的美国步枪协会年会上宣布，《武器贸易条约》是一个“严重误导的条约”，美国将撤销在该条约上的签字。特朗普将要求国会参议院停止该条约的批准程序，使美国退出联合国《武器贸易条约》。

其实是这样的：美国：我等俄罗斯先签了我就签；俄罗斯：我等中国先签我了就签；中国：我等美国先签了我就签；

算了，不等了。因为死锁了。

代码示例

当一个线程永远的持有一个锁，并且其他线程线程都尝试获得锁时，那么它们将永远被阻塞。在线程A持有锁a并且想获得锁b时，线程B持有锁b并尝试获得a时，那么这两个线程将永远的等待下去。这种情况就是最简单的死锁形式：

public class TestDead {
    private Object a;
    private Object b;

    public TestDead(Object a, Object b) {

        this.a = a;
        this.b = b;
    }

    public void funOne(){
        synchronized (a){
            System.out.println("finOne");
            try {
                Thread.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            funTwo();
        }
    }
    public void funTwo(){
        synchronized (b){
            System.out.println("finTwo");
            try {
                Thread.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            funOne();
        }
    }

}

TestDead testDead = new TestDead(new Object(), new Object());
new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                testDead.funOne();
            }
        }).start();
new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                testDead.funTwo();
            }
        }).start();
复制代码

程序的运行结果如下：

上面的代码会造成线程的假死，在没有外力作用下。两个线程会永远处于阻塞的状态，等待一把永远不可以释放的锁。

产生死锁的必要条件

互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
占有且等待：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
不可强行占有:指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
循环等待条件:指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。

这四个条件是死锁的必要条件，只要系统发生死锁，这些条件必然成立，而只要上述条件之一不满足，就不会发生死锁。

死锁的避免与诊断

与许多其他并发危险一样，死锁造成的影响很少会立刻呈现出来。如果一个类可能发生死锁，并不意味这每次都会发生死锁，而是只表示有可能。当死锁发生时，往往是在最糟糕的时刻——在高负载情况下。上文中的代码锁产生的死锁可以通过 查看是否存在嵌套的锁获取操作 来检查是否存在死锁的可能。但有时候获取多个锁的操作并不会这么明显。

要避免出现死锁的问题，只需要破坏四个条件中的任何一个就可以了：

打破互斥条件。即允许进程同时访问某些资源。当然，这种方法试用范围并不广，因为有的资源不允许并发访问，或者存在线程安全问题。
打破占有且等待条件。可以通过规定在任何情况下，一个线程获取一个锁之后，必须归还了锁之后才能请求另一锁
打破不可抢占条件。除非线程自己还钥匙，否则线程会一直占有钥匙，是形成不可抢占条件的原因。允许进程强行从占有者那里夺取某些资源。就是说，当一个进程已占有了某些资源，它又申请新的资源，但不能立即被满足时，它必须释放所占有的全部资源，以后再重新申请。
打破循环等待条件。采用这种策略，即把资源事先分类编号，按号分配，可以强制规定任何线程取锁的顺序。

其他活跃性危险

尽管死锁是最常见的活跃性危险，但在并发中还存在一些其他的活跃性危险，包括：饥饿、活锁等

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。最常见的引发饥饿的资源就是CPU的时钟周期。如果对线程的优先级使用不当，或者在持有锁时进行一些无法结束的操作（无限循环），就有可能产生饥饿，因为其他需要这个锁的线程永远无法得到它。

活锁：我为它赋予了一个充满神话色彩的名字 西西弗斯锁 ，西西弗斯神话这是另一种形式的活跃性问题，尽管它不会阻塞线程，但也不能继续向下执行，因为线程将不断重复执行相同的操作，而且总会失败。当多个相互协作的线程都对彼此进行响应从而修改各自状态，并使任何一个线程都无法执行时，就会发生活锁。活锁通常发生在处理事务的代码中：如果不能成功的处理某个消息，那么消息处理机制将回滚整个事务，并将它重新放置在队列的开头。因此，处理事务的代码将被反复调用，并返回相同的错误结果，虽然处理消息的线程没有被阻塞，但也无法执行下去。