マルチスレッドプログラムでマルチレベルロックがデッドロックを引き起こす可能性がありますか？

Question

私は作家と読者とのプログラムを持っています、そして、彼らのアクセス権はモニターによって制御されています。

だから、これは飢えているはずだったが、私は行き詰まった。なぜ疑問に思っていたので、別のロックを入れたことを思い出しました。これは、読者の内部では、グローバル変数を矛盾から保護するために読み取り方法の中で不要だと思います。デッドロックが発生することなく10000時間を実行できるため、デッドロックを引き起こすことはないと思いましたが、ラボデモをしなければならなかったとき、10010thスレッドで行き詰まりました。なぜそうするのかわかりません。また、私はそれが飢えているとは思っていませんでしたが、どうやらそれは想定されていました。

私の質問は、これらのマルチレベルロックがデッドロックの原因ですか？そうでない場合、何が原因ですか？！

    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");
        }

    }


}

これが作家のクラスです。

    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");
        }

    }



        }

これは読者のクラスです。

 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();
                }


            }






        }

}

これがメインクラスです。

    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();
        }

    }


}

これがモニターです。

モニター用の擬似コード

Answer 1

複数のロックA、B、Cがあるときはいつでも、コードが同じ順序でそのロックを取得しようとすることを保証しない場合、デッドロックすることができます。

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

a、b、cまたはc、b、a、またはa、c、b-順序が一貫している限り、それは問題ではありません。

1つのコードパスがある場合に問題が発生します。A、B、C、およびC、B、Aを試している別のコードパスを試してください。

AとCが両方とも保持されているため、おそらく推測できるように、2つのうちの1つがBを取得し、両方ともデッドロックします。 （別名、リソースロックグラフにサイクルがあります）

正式に話すデッドロックが発生する可能性があります 場合にのみ 次のすべての条件が保持されます。

1. プリエンプションなし：システムは、割り当て後にリソースを解放しません。それらは、保有プロセスによってのみリリースできます。
2. 円形の待機：上記で説明しました。
3. 相互除外：いつでもリソースを使用できるプロセスは1つだけです。
4. リソース保持：現在、プロセスは少なくとも1つのリソースを保持しており、別のプロセスが保有する追加のリソースを要求/待機しています。

最良の解決策は、注文が一貫していることを確認するか、より高い（単一の）レベルでロックすることです。別のオプションは、ロックしようとするときにタイムアウトするロックライブラリを使用することです（または、これを行う条件を使用して、独自のラッパーを書くことができます）。しかし、そのアプローチは気弱な人向けではありません。これのいくつかの実装は、ランダムな時間を待って再試行しますが、これはロックの数が増えるにつれて非常に非効率的です。

資力：

• Javaでのデッドロックの分析に関する実用的な記事は次のとおりです。http://www.journaldev.com/1058/java-deadlock-example-and-how-to-analyze-deadlock-situation
• Jcarderなどのオープンソースツールを使用して、デッドロックを見つけることもできます。http://www.jcarder.org/ ダンプを備えたプログラムの場合、ダンプファイルをグローックしようとするよりも簡単です。

PS私は、フォーマットが不十分であり、最小限の例ではないので、実際にあなたのコードの多くを読んでいませんでした（つまり、ここでの目的にはあまりにも冗長です）。しかし、このアドバイスは、理論的な観点からあなたに質問に答えるべきです。

Answer 2

確かに可能です。実行時にチェックすることもできます！

最初のステップは、スレッドダンプを取得することです。ここに3つの方法があります。

• VisualVMでプロセスを開き、[スレッド]タブに移動すると、この種のデッドロックを検出するかどうかがわかります。その後、スレッドダンプ（すぐそこにボタンがあります）を実行できます。これにより、各スレッドが何をしているのか、所有するロック、および取得しようとしているロック（もしあれば）があります。
• LinuxまたはMacでは、発行することでスタックを取得できます kill -3 <pid>, 、 どこ <pid> あなたのJava Process 'IDです。同じスレッドダンプをstderrにダンプします。そのスレッドダンプの下部には、検出するデッドロックの要約も含まれています。 Windowsでこれを行う方法がわかりません。
• 呼び出すこともできます jstack <pid>, 、スレッドダンプをstdoutに印刷します（ jstacks stdout、元のJavaプロセスではなく '）。

デッドロックして実行したサンプルプログラムを作成しました（参照してください 私の要点）。スレッドダンプの関連セクションは次のとおりです。

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"

関連するスレッド状態は次のとおりです。

"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)

これは機能しません 全て デッドロック。たとえば、外部リソースを待つためのデッドロックは捕まりません。しかし、それはキャッチされます Lock- ベースのデッドロックなど synchronized- ベースのもの。