多级锁可以在多线程程序中造成僵局吗？

Question

我有一个与作家和读者的计划，他们的访问权限由监视器控制。

所以，这本来应该饿死，但我僵硬了。我想知道为什么，然后我想起了我放了另一个锁，我认为这是我的阅读方法内部不必要的读者，以保护我的全局变量免受不一致的侵害。我认为这不会造成任何僵局，因为我可以在没有发生任何僵局的情况下运行10000个线程，但是当我不得不进行实验室演示时，我认为它在第10010线程中陷入僵局。我不明白为什么会这样做。另外，我没想到它会饿死，但显然应该这样做。

我的问题是：那些多级锁是否负责僵局？如果没有，是什么原因造成的？

    import java.io.*;
    import java.io.IOException;
    import java.util.*;

    public class Writer extends Thread{

    private int number;

    public Writer(int number)
    {
        this.number = number;
    }

    public int getNumber()
    {
        return number;
    }

        public static void Write(String filename){

        try {

            String content = RandomString();


            File f = new File(filename);

            if (!f.exists())
            {
                f.createNewFile();
            }


            PrintWriter out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new FileWriter("Task1out.txt", true)));
            out.println(content);
            out.close();


        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static String RandomString(){

        String chars = new String("0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ");
        int n = chars.length();

        String randomString = new String();
        Random r = new Random();

            for (int i=0; i<100; i++)
            {
                randomString = randomString + chars.charAt(r.nextInt(n));
            }

        System.out.println("RandomString() generated: " + randomString);

        return randomString;

    }



    public void run(){

        try{

        //FileControl fc = new FileControl();

            int number = this.getNumber();


            for(int i = 0; i <1000; i++) //CHANGE IT TO 1000
            {
                main.fc.WriterEntry(number);

                //write file random characters (must append)

                Write("Task1out.txt");

                main.fc.WriterExit(number);

            }
        } catch(InterruptedException e)
        {
            System.out.println("Interrupted Exception caught");
        }

    }


}

这是作家班。

    import java.io.BufferedWriter;
    import java.io.BufferedReader;
    import java.io.File;
    import java.io.FileWriter;
    import java.io.FileReader;
    import java.io.IOException;
    import java.util.*;
    import java.util.concurrent.locks.Condition;
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;



public class Reader extends Thread{


    private int number;

    public Reader(int number)
    {
        this.number = number;
    }


    public int getNumber()
    {
        return number;
    }

        public static synchronized void Read(String filename)throws InterruptedException{

        BufferedReader br = null;





            main.lock.lock(); //lock
        try{




        try {


            String line;
            char[] chars = new char[100];
            int readIndex2 = 0;
            int addToIndex = 0;



            br = new BufferedReader(new FileReader(filename));


            int initialReadIndex = main.getIndex();




            System.out.println("initial read index: " + initialReadIndex);

            while ((line = br.readLine()) != null && readIndex2 < initialReadIndex+100 && addToIndex < 100) {

                for(int i = 0; i< 100; i++)
                {
                    if (initialReadIndex == readIndex2 || initialReadIndex < readIndex2)
                    {

                        if(line.length() > addToIndex)
                        {




                        chars[i] = line.charAt(i);
                        addToIndex++;
                        }


                    }
                    else
                    {
                        readIndex2++;
                    }
                }
                System.out.println(chars);
            }

            if(line == null)
            {
                System.out.println("nothing to read");
            }



            main.incrementIndex(addToIndex);


            System.out.println("current read index: " + (initialReadIndex + addToIndex));





        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println("buffered reader exception");
        } finally {


            try {


                if (br != null)
                    {

                    br.close();
                    }
            } catch (IOException ex) {
                ex.printStackTrace();
                System.out.println("exception during closing");
            }
        }
        }finally{
            main.lock.unlock(); //lock

        }

        }


    public void run(){

        try{


        //FileControl fc = new FileControl();


        int number = this.getNumber();


            for(int i = 0; i <1000; i++) //CHANGE IT TO 1000
            {
                main.fc.ReaderEntry(number);

                //read file

                Read("Task1out.txt");

                main.fc.ReaderExit(number);
            }
        } catch(InterruptedException e)
        {
            System.out.println("Interrupted Exception caught");
        }

    }



        }

这是读者课。

 import java.io.BufferedWriter;
    import java.io.BufferedReader;
    import java.io.File;
    import java.io.FileWriter;
    import java.io.FileReader;
    import java.io.IOException;
    import java.util.concurrent.locks.Condition;
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

    public class main{

    public static FileControl fc = new FileControl();

    final static Lock lock = new ReentrantLock();

    public static int readIndex;

    public static void incrementIndex(int increment) {


                readIndex = readIndex + increment;

    }

    public static int getIndex()
    {
        return readIndex;
    }



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



            Writer [] writer = new Writer[10];
            Reader [] reader = new Reader[10];

            for(int i = 0; i < 10; i++)
            {
                reader[i] = new Reader(i);
                writer[i] = new Writer(i);
                //creating readers and writers

            }

            for(int i = 0; i < 10; i++)
            {
                //anonymous threads
                //(new Thread(new Writer())).start();
                //(new Thread(new Reader())).start();

                reader[i].start();
                writer[i].start();

            }




            for(int i = 0; i < 10; i++)
            {
                try{
                    reader[i].join();
                    writer[i].join();
                } catch(InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }


            }






        }

}

这是主要类。

    import java.util.concurrent.locks.Condition;
    import java.util.concurrent.locks.Lock;
    import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;


    public class FileControl {
    final Lock lock = new ReentrantLock();
    final Condition writers = lock.newCondition();
    final Condition readers = lock.newCondition();
    int activereaders = 0;
    int waitingwriters = 0;
    boolean writing = false;

    public void WriterEntry(int number)throws InterruptedException{
        lock.lock();
        try{
                if(writing == true || activereaders > 0){
                    waitingwriters++;
                    System.out.println("Writer thread " + number + " : waiting to write");
                    writers.await();
                    waitingwriters--;
                }
                System.out.println("Writer thread " + number + " : ready to write");

                writing = true;
           }
        finally{
            lock.unlock();
        }


    }



    public void WriterExit(int number)throws InterruptedException{
        lock.lock();
        try{
            System.out.println("Writer thread " + number + " : finished to write");

            System.out.println("writers " + waitingwriters + "readers " + activereaders); //test

            if(waitingwriters > 0)
                writers.signal();
            else{
                writing = false;
                readers.signal();
            }
        }
        finally{
            lock.unlock();
        }

    }


    public void ReaderEntry(int number)throws InterruptedException{
        lock.lock();
        try{

            if(writing == true || waitingwriters > 0){ //remove activereaders > 0
                System.out.println("Reader thread " + number + " : waiting to read");
                readers.await();
                activereaders++;
            }


            System.out.println("Reader thread " + number + " : ready to read");
        }
        finally{
            lock.unlock();
        }

    }

    public void ReaderExit(int number)throws InterruptedException{
        lock.lock();
        try{



        activereaders--;



        System.out.println("Reader thread " + number + " : finished to read");

        System.out.println("writers " + waitingwriters + "readers " + activereaders); //test

            if(activereaders == 0)
            {
                if(waitingwriters > 0)
                {
                    writers.signal();
                }
                else
                {
                    readers.signal();
                }
            }
        }
        finally{
            lock.unlock();
        }

    }


}

这是监视器。

监视器的伪代码

Answer 1

每当您有多个锁A，B和C时，如果您不保证代码尝试以相同的顺序获取上述锁，则可能会陷入僵局。

final Lock A = new ReentrantLock();
final Lock B = new ReentrantLock();
final Lock C = new ReentrantLock();

a，b，c或c，b，a或a，c，b-只要订单一致，就无关紧要。

当您有一个代码路径尝试以下问题时，就会出现问题：a，b，c，另一个对C，b，a的尝试。

您可能会猜到，由于A和C都被持有，两者中的一个将获得B，然后两个都会僵持。 （又名您在资源锁定图中有一个周期）

正式地说僵局可能会出现 除非 以下所有条件都保持着：

1. 没有先发制人：该系统将在分配后不会释放资源；它们只能通过持有过程释放。
2. 循环等待：上面讨论。
3. 相互排除：只有一个过程可以在任何给定时间使用资源。
4. 资源持有：一个过程目前正在持有至少一个资源，并要求/等待其他流程持有的其他资源。

最好的解决方案是确保订单在较高（单个）级别上保持一致或锁定。另一个选择是使用锁定库，该库将在尝试锁定（或使用条件并编写自己的包装器）时超时。但是这种方法不是为了胆小。某些实现将等待随机的时间并重试，但是随着锁数量的增加，这可能会高效。

资源：

• 这是一篇有关分析Java僵局的实用文章，您可能会感兴趣：http://www.journaldev.com/1058/java-deadlock-example-and-how-how-to-to-analyze-deadlock-situation
• 您还可以使用Jcarder等开源工具来查找死锁：http://www.jcarder.org/ 对于具有大型转储的程序，可以更容易地尝试grok dump文件。

PS我实际上并没有读过您的代码太多，因为其格式不佳，并且不是一个最小的示例（即在这里为我们的目的太冗长）。但是，该建议应该从理论的角度回答您的问题。

Answer 2

当然有可能。您也可以在运行时检查！

第一步是获取线程转储。这是三种方法：

• 如果您在VisualVM中打开该过程，然后转到“线程”选项卡，它将告诉您它是否检测到这种僵局。然后，您可以进行线程转储（那里有一个按钮），它将告诉您每个线程在做什么，以及它拥有的任何锁以及任何锁定（如果有）试图获取的锁。
• 在Linux或Mac上，您可以通过发行获得堆栈 kill -3 <pid>, ， 在哪里 <pid> 是您的Java过程ID。它会将同一线程转储到stderr。该线程转储的底部还将包含其检测到的僵局的摘要。我不知道该如何在窗户上执行此操作。
• 你也可以调用 jstack <pid>, ，它将将线程转储打印到stdout（ jstack'S stdout，而不是原始的Java过程'）。

我写了一个僵局并运行的示例程序（请参阅 我的要点）。线程转储的相关部分是：

Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-2":
  waiting for ownable synchronizer 7f42b0f38, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
  which is held by "Thread-1"
"Thread-1":
  waiting for ownable synchronizer 7f42ba170, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
  which is held by "Thread-2"

相关线程状态是：

"Thread-2" prio=5 tid=7fc01c911000 nid=0x113d18000 waiting on condition [113d17000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <7f30c3528> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
    at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:156)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:811)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued(AbstractQueuedSynchronizer.java:842)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire(AbstractQueuedSynchronizer.java:1178)
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync.lock(ReentrantLock.java:186)
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lock(ReentrantLock.java:262)
    at Locky$Boomer.run(Locky.java:22)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:680)

   Locked ownable synchronizers:
    - <7f30c3558> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)

"Thread-1" prio=5 tid=7fc01d06c800 nid=0x113c15000 waiting on condition [113c14000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <7f30c3558> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)
    at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:156)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:811)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireQueued(AbstractQueuedSynchronizer.java:842)
    at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquire(AbstractQueuedSynchronizer.java:1178)
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync.lock(ReentrantLock.java:186)
    at java.util.concurrent.locks.ReentrantLock.lock(ReentrantLock.java:262)
    at Locky$Boomer.run(Locky.java:22)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:680)

   Locked ownable synchronizers:
    - <7f30c3528> (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync)

这将不起作用 全部 僵局。例如，由于等待外部资源而导致的僵局不会被捕获。但这会抓住 Lock- 基于僵局 synchronized- 基于基础。