多線程Java程序中常見錯誤的巧處理

2019-11-18 10:47:02

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供稿：網友

　　作者：俞良松
　　
　　　　在幾乎所有編程語言中，由于多線程引發的錯誤都有著難以再現的特點，程序的死鎖或其它多線程錯誤可能只在某些非凡的情形下才出現，或在不同的VM上運行同一個程序時錯誤表現不同。因此，在編寫多線程程序時，事先熟悉和防范可能出現的錯誤非凡重要。
　　
　　　　無論是客戶端還是服務器端多線程java程序，最常見的多線程問題包括死鎖、隱性死鎖和數據競爭。
　　
　　　　死鎖
　　
　　　　死鎖是這樣一種情形：多個線程同時被阻塞，它們中的一個或者全部都在等待某個資源被釋放。由于線程被無限期地阻塞，因此程序不可能正常終止。
　　
　　　　導致死鎖的根源在于不適當地運用“synchronized”要害詞來治理線程對特定對象的訪問。“synchronized”要害詞的作用是，確保在某個時刻只有一個線程被答應執行特定的代碼塊，因此，被答應執行的線程首先必須擁有對變量或對象的排他性的訪問權。當線程訪問對象時，線程會給對象加鎖，而這個鎖導致其它也想訪問同一對象的線程被阻塞，直至第一個線程釋放它加在對象上的鎖。
　　
　　　　由于這個原因，在使用“synchronized”要害詞時，很輕易出現兩個線程互相等待對方做出某個動作的情形。代碼一是一個導致死鎖的簡單例子。
　　
　　//代碼一
　　class Deadlocker {
　　int field_1;
　　PRivate Object lock_1 = new int[1];
　　int field_2;
　　private Object lock_2 = new int[1];
　　
　　public void method1(int value) {
　　 “synchronized” (lock_1) {
　　 “synchronized” (lock_2) {
　　 field_1 = 0; field_2 = 0;
　　 }
　　 }
　　}
　　
　　public void method2(int value) {
　　 “synchronized” (lock_2) {
　　 “synchronized” (lock_1) {
　　 field_1 = 0; field_2 = 0;
　　 }
　　 }
　　}
　　}
　　
　　
　　
　　　　參考代碼一，考慮下面的過程：
　　
　　　　◆　一個線程（ThreadA）調用method1()。
　　
　　　　◆　ThreadA在lock_1上同步，但答應被搶先執行。
　　
　　　　◆　另一個線程（ThreadB）開始執行。
　　
　　　　◆　ThreadB調用method2()。
　　
　　　　◆　ThreadB獲得lock_2，繼續執行，企圖獲得lock_1。但ThreadB不能獲得lock_1，因為ThreadA占有lock_1。
　　
　　　　◆　現在，ThreadB阻塞，因為它在等待ThreadA釋放lock_1。
　　
　　　　◆　現在輪到ThreadA繼續執行。ThreadA試圖獲得lock_2，但不能成功，因為lock_2已經被ThreadB占有了。
　　
　　　　◆　ThreadA和ThreadB都被阻塞，程序死鎖。
　　
　　　　當然，大多數的死鎖不會這么顯而易見，需要仔細分析代碼才能看出，對于規模較大的多線程程序來說尤其如此。好的線程分析工具，例如JProbe Threadalyzer能夠分析死鎖并指出產生問題的代碼位置。
　　
　　　　隱性死鎖
　　
　　　　隱性死鎖由于不規范的編程方式引起，但不一定每次測試運行時都會出現程序死鎖的情形。由于這個原因，一些隱性死鎖可能要到應用正式發布之后才會被發現，因此它的危害性比普通死鎖更大。下面介紹兩種導致隱性死鎖的情況：加鎖次序和占有并等待。
　　
　　　　加鎖次序
　　
　　　　當多個并發的線程分別試圖同時占有兩個鎖時，會出現加鎖次序沖突的情形。假如一個線程占有了另一個線程必需的鎖，就有可能出現死鎖。考慮下面的情形，ThreadA和ThreadB兩個線程分別需要同時擁有lock_1、lock_2兩個鎖，加鎖過程可能如下：
　　
　　　　◆　ThreadA獲得lock_1；
　　
　　　　◆　ThreadA被搶占，VM調度程序轉到ThreadB；
　　
　　　　◆　ThreadB獲得lock_2；
　　
　　　　◆　ThreadB被搶占，VM調度程序轉到ThreadA；
　　
　　　　◆　ThreadA試圖獲得lock_2，但lock_2被ThreadB占有，所以ThreadA阻塞；
　　
　　　　◆　調度程序轉到ThreadB；
　　
　　　　◆　ThreadB試圖獲得lock_1，但lock_1被ThreadA占有，所以ThreadB阻塞；
　　
　　　　◆　ThreadA和ThreadB死鎖。
　　
　　　　必須指出的是，在代碼絲毫不做變動的情況下，有些時候上述死鎖過程不會出現，VM調度程序可能讓其中一個線程同時獲得lock_1和lock_2兩個鎖，即線程獲取兩個鎖的過程沒有被中斷。在這種情形下，常規的死鎖檢測很難確定錯誤所在。

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