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【多线程】多线程（5）：死锁，内存可见性

news 2025/5/14 4:23:03

【死锁】

死锁是一个使用锁的注意事项

【出现死锁的场景】（重点掌握）

【场景一:一个线程一把锁】

这个线程针对这把锁，连续加锁两次

synchronized (this)
{synchronized (this){}
}

第一次加锁，加锁成功，第二次加锁，由于锁对象被用了，因此陷入阻塞，需要等锁释放才能结束阻塞，但外面的锁能够释放的前提条件是代码可以正常往下走，但里面的锁产生阻塞导致代码无法往下走，逻辑上构成了死循环，导致线程卡死无法继续进行，于是形成了「死锁」

【可重入锁】

Java中，针对于“对同一把锁，连续加锁两次”的情况作了特殊处理，这种特殊处理让synchronized变成了「可重入锁」:

额外记录一下当前是哪个线程对这把锁加锁

在加锁时，判定该锁是否被占用，如果被其他线程占用了，就并不会进行加锁操作，也不会进行阻塞操作，而是一路放行，往下执行代码

此外，可重入锁还会通过一个引用计数判断当前加锁了几次，以及在什么时候才会真正的释放锁

【场景二:两个线程两把锁】

线程1，线程2，锁A，锁B

1.线程1对A加锁，线程2对B加锁

2.线程1在不释放锁A的情况下，对B加锁，同时线程2在不释放锁B的情况下，对A加锁

这种情况下也会出现死锁

举一个例子:

A和B下馆子吃饺子，他们都有吃饺子同时蘸酱油和醋的习惯，A抄起酱油，B抄起醋

A:你把醋给我，我用完后给你

B:你把酱油给我，我用完后给你

A和B互不相让，形成僵持

这就是死循环，构成「死锁」

如何避免？先放后拿

若先释放锁A再拿锁B，则不会死锁

【场景三:N个线程M把锁】

这里可以举一个典型的哲学家就餐问题的例子

任何一个哲学家想要吃到面条，都需要拿起左手和右手的筷子，此时，每根筷子都被哲学家左手拿起来了，他们的右手都拿不起筷子

由于哲学家非常固执，即便他们吃不到面条，也绝对不会放下手中的筷子

从而构成死锁

要想避免出现这种情况，可以给锁编号，按相同的顺序加锁，约定所有的线程在加锁时，都必须按照一定的顺序进行加锁（比如先针对编号小的锁加锁，后针对编号大的锁加锁）

此时，回到哲学家就餐问题上

给所有的筷子都标了序号，5号哲学家可以拿起5号和4号筷子就餐，就餐完毕后放下筷子，4号哲学家可以拿起4号和3号筷子就餐，就餐完毕后放下筷子……直到最后一个1号哲学家就餐完毕

Thread t1 = new Thread(() ->{synchronized (locker1){//t1先对locker1加锁System.out.println("t1加锁locker1完成");}try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}synchronized (locker2){//t1后对locker2加锁System.out.println("t1加锁locker2完成");}});Thread t2 = new Thread(() ->{synchronized (locker2){//t2先对locker2加锁System.out.println("t2加锁locker1完成");}try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}synchronized (locker1){//t2后对locker1加锁System.out.println("t2加锁locker2完成");}

我们可以看到，t1是先针对locker1加锁，后针对locker2加锁，而t2不是，此时只需要让两个线程加锁顺序相同就可以避免死锁了

【出现死锁的四个必要条件】

1.锁是互斥的「锁的基本特性，不可干预」

2.锁是不可能被抢占的（线程1拿到了锁A，此时线程2也想拿锁A，若线程1不主动释放锁A，那么线程2无法把锁A抢过来，形成僵持，构成死锁）「锁的基本特性，不可干预」

3.请求和保持（线程1拿到锁A后，在不释放锁A的前提下，去拿锁B，构成死锁）「代码结构，可干预」

4.循环等待（多个线程获取锁的过程中，存在循环等待，一旦出现，会构成死锁）「代码结构，可干预」

★避免请求和保持：先放后拿

★避免循环等待：按照相同顺序进行加锁

【内存可见性】

内存可见性，是引发线程安全问题的原因之一，本质上是编译器/JVM对多线程代码进行优化时，优化出bug

public class Demo3 {public static int n = 0;public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(() ->{while(n == 0){}System.out.println("t1线程结束循环");});Thread t2 = new Thread(() ->{Scanner scanner = new Scanner(System.in);System.out.println("请输入一个整数：");n = scanner.nextInt();});t1.start();t2.start();}
}

t1和t2线程同时运行，t2线程中用户输入一个非0值时，t1线程就会结束，反之t1线程则会一直运行下去

但真正这么做却失败了，输入了一个非0值结果t1还是没有结束

这段代码的执行机理是：

1.从内存中读取数据到寄存器中

2.通过类似于cmp指令，比较寄存器和0的值

此时JVM执行代码时，发现每次执行1操作开销很大，而且执行结果一样，JVM没有意识到用户可能在未来修改n，于是JVM直接把1操作优化掉了——每次循环，不会重新读取内存中的数据，而是直接读取寄存器/cache中的数据（缓存的结果）/当JVM作出决定后，此时意味着循环开销大幅降低，但当用户修改n值时，内存中的n发生改变，但由于t1线程每次循环不会真的读内存，因此感知不到n的改变

内存中的n的改变，对于线程t1来说，是“不可见的”，即「内存可见性问题」

【解决方法：加sleep】

Thread t1 = new Thread(() ->{while(n == 0){try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}System.out.println("t1线程结束循环");});

和读内存相比，sleep开销更大，远远超过读内存，就算把读内存优化掉也无意义，杯水车薪，因此不会优化读内存