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java嵌套死鎖

2019-11-06 06:51:40
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來源:轉載
供稿:網友

嵌套管程鎖死類似于死鎖, 下面是一個嵌套管程鎖死的場景:

線程1獲得A對象的鎖。線程1獲得對象B的鎖(同時持有對象A的鎖)。線程1決定等待另一個線程的信號再繼續。線程1調用B.wait(),從而釋放了B對象上的鎖,但仍然持有對象A的鎖。線程2需要同時持有對象A和對象B的鎖,才能向線程1發信號。線程2無法獲得對象A上的鎖,因為對象A上的鎖當前正被線程1持有。線程2一直被阻塞,等待線程1釋放對象A上的鎖。線程1一直阻塞,等待線程2的信號,因此,不會釋放對象A上的鎖,而線程2需要對象A上的鎖才能給線程1發信號……

你可以能會說,這是個空想的場景,好吧,讓我們來看看下面這個比較挫的Lock實現:

//lock implementation with nested monitor lockout PRoblem  public class Lock{      protected MonitorObject monitorObject = new MonitorObject();      protected boolean isLocked = false;        public void lock() throws InterruptedException{          synchronized(this){              while(isLocked){                  synchronized(this.monitorObject){                      this.monitorObject.wait();                  }              }              isLocked = true;          }      }        public void unlock(){          synchronized(this){              this.isLocked = false;              synchronized(this.monitorObject){                  this.monitorObject.notify();              }          }      }  }  

可以看到,lock()方法首先在”this”上同步,然后在monitorObject上同步。如果isLocked等于false,因為線程不會繼續調用monitorObject.wait(),那么一切都沒有問題 。但是如果isLocked等于true,調用lock()方法的線程會在monitorObject.wait()上阻塞。

這里的問題在于,調用monitorObject.wait()方法只釋放了monitorObject上的管程對象,而與”this“關聯的管程對象并沒有釋放。換句話說,這個剛被阻塞的線程仍然持有”this”上的鎖。

校對注:如果一個線程持有這種Lock的時候另一個線程執行了lock操作)當一個已經持有這種Lock的線程想調用unlock(),就會在unlock()方法進入synchronized(this)塊時阻塞。這會一直阻塞到在lock()方法中等待的線程離開synchronized(this)塊。但是,在unlock中isLocked變為false,monitorObject.notify()被執行之后,lock()中等待的線程才會離開synchronized(this)塊。

簡而言之,在lock方法中等待的線程需要其它線程成功調用unlock方法來退出lock方法,但是,在lock()方法離開外層同步塊之前,沒有線程能成功執行unlock()。

結果就是,任何調用lock方法或unlock方法的線程都會一直阻塞。這就是嵌套管程鎖死。

一個更現實的例子

你可能會說,這么挫的實現方式我怎么可能會做呢?你或許不會在里層的管程對象上調用wait或notify方法,但完全有可能會在外層的this上調。有很多類似上面例子的情況。例如,如果你準備實現一個公平鎖。你可能希望每個線程在它們各自的QueueObject上調用wait(),這樣就可以每次喚醒一個線程。

下面是一個比較挫的公平鎖實現方式:

//Fair Lock implementation with nested monitor lockout problem  public class FairLock {      private boolean isLocked = false;      private Thread lockingThread = null;      private List waitingThreads =          new ArrayList();        public void lock() throws InterruptedException{          QueueObject queueObject = new QueueObject();            synchronized(this){              waitingThreads.add(queueObject);                while(isLocked ||                  waitingThreads.get(0) != queueObject){                    synchronized(queueObject){                      try{                          queueObject.wait();                      }catch(InterruptedException e){                          waitingThreads.remove(queueObject);                          throw e;                      }                  }              }              waitingThreads.remove(queueObject);              isLocked = true;              lockingThread = Thread.currentThread();          }      }        public synchronized void unlock(){          if(this.lockingThread != Thread.currentThread()){              throw new IllegalMonitorStateException(                  "Calling thread has not locked this lock");          }          isLocked = false;          lockingThread = null;          if(waitingThreads.size() > 0){              QueueObject queueObject = waitingThread.get(0);              synchronized(queueObject){                  queueObject.notify();              }          }      }  }   co

乍看之下,嗯,很好,但是請注意lock方法是怎么調用queueObject.wait()的,在方法內部有兩個synchronized塊,一個鎖定this,一個嵌在上一個synchronized塊內部,它鎖定的是局部變量queueObject。當一個線程調用queueObject.wait()方法的時候,它僅僅釋放的是在queueObject對象實例的鎖,并沒有釋放”this”上面的鎖。

現在我們還有一個地方需要特別注意, unlock方法被聲明成了synchronized,這就相當于一個synchronized(this)塊。這就意味著,如果一個線程在lock()中等待,該線程將持有與this關聯的管程對象。所有調用unlock()的線程將會一直保持阻塞,等待著前面那個已經獲得this鎖的線程釋放this鎖,但這永遠也發生不了,因為只有某個線程成功地給lock()中等待的線程發送了信號,this上的鎖才會釋放,但只有執行unlock()方法才會發送這個信號。

因此,上面的公平鎖的實現會導致嵌套管程鎖死。更好的公平鎖實現方式可以參考Starvation and Fairness。

嵌套管程鎖死 VS 死鎖

嵌套管程鎖死與死鎖很像:都是線程最后被一直阻塞著互相等待。

但是兩者又不完全相同。在死鎖中我們已經對死鎖有了個大概的解釋,死鎖通常是因為兩個線程獲取鎖的順序不一致造成的,線程1鎖住A,等待獲取B,線程2已經獲取了B,再等待獲取A。如死鎖避免中所說的,死鎖可以通過總是以相同的順序獲取鎖來避免。但是發生嵌套管程鎖死時鎖獲取的順序是一致的。線程1獲得A和B,然后釋放B,等待線程2的信號。線程2需要同時獲得A和B,才能向線程1發送信號。所以,一個線程在等待喚醒,另一個線程在等待想要的鎖被釋放。

不同點歸納如下:

死鎖中,二個線程都在等待對方釋放鎖。嵌套管程鎖死中,線程1持有鎖A,同時等待從線程2發來的信號,線程2需要鎖A來發信號給線程1。
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