研究僵局–第1部分

我敢肯定我们都去过那里：太晚了，您饿了，服务器已挂起，或者应用程序正在以蜗牛的速度运行，并且有人喘着气想要您解决问题，然后再去解决。您的应用程序意外挂起的可能原因之一是称为死锁的线程问题。

无需赘述，线程可以处于多种状态之一，如下面的UML状态图所示……

…死锁与BLOCKED状态有关，API文档将其定义为“一个等待监视器锁定而被阻塞的线程”。

那么，什么是僵局？简而言之，在给定两个线程A和B的情况下，当线程A由于等待线程B释放监视器锁定而阻塞时，而线程B因等待线程A释放相同的监视器锁定而阻塞而发生死锁。

但是，事情可能比这更复杂，因为死锁可以包含一堆线程。例如，线程A因为正在等待线程B而阻塞，线程B因为正在等待线程C而阻塞，线程C因为正在等待线程D而阻塞，所以线程D因为正在等待E，E而阻塞，因为它正在等待F和F阻塞，因为它正在等待A。

诀窍是找出哪些线程被阻塞以及为什么被阻塞，这是通过从应用程序中获取线程转储来完成的。线程转储只是快照报告，显示给定时间点所有应用程序线程的状态。有几种工具和技术可以帮助您掌握线程转储，其中包括jVisualVM ， jstack和unix kill命令。但是，在获取和解释线程转储之前，我需要一些代码来创建死锁

我为此选择的方案是简单的银行帐户转帐之一。这个想法是，有一个余额转移程序正在运行，该程序使用一堆线程在不同帐户之间随机转移各种金额。在此程序中，使用以下非常简单的Account类来表示银行帐户：

public class Account {private final int number;private int balance;public Account(int number, int openingBalance) {this.number = number;this.balance = openingBalance;}public void withdraw(int amount) throws OverdrawnException {if (amount > balance) {throw new OverdrawnException();}balance -= amount;}public void deposit(int amount) {balance += amount;}public int getNumber() {return number;}public int getBalance() {return balance;}
}

上面的类对具有帐户号和余额属性以及诸如deposit(...)和withdraw(...)类的操作的银行帐户进行建模。如果要提取的金额大于可用余额，则withdraw(...)将引发一个简单的检查异常OverdrawnException 。

示例代码中其余的类是DeadlockDemo及其嵌套类BadTransferOperation 。

public class DeadlockDemo {private static final int NUM_ACCOUNTS = 10;private static final int NUM_THREADS = 20;private static final int NUM_ITERATIONS = 100000;private static final int MAX_COLUMNS = 60;static final Random rnd = new Random();List<Account> accounts = new ArrayList<Account>();public static void main(String args[]) {DeadlockDemo demo = new DeadlockDemo();demo.setUp();demo.run();}void setUp() {for (int i = 0; i < NUM_ACCOUNTS; i++) {Account account = new Account(i, rnd.nextInt(1000));accounts.add(account);}}void run() {for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {new BadTransferOperation(i).start();}}class BadTransferOperation extends Thread {int threadNum;BadTransferOperation(int threadNum) {this.threadNum = threadNum;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < NUM_ITERATIONS; i++) {Account toAccount = accounts.get(rnd.nextInt(NUM_ACCOUNTS));Account fromAccount = accounts.get(rnd.nextInt(NUM_ACCOUNTS));int amount = rnd.nextInt(1000);if (!toAccount.equals(fromAccount)) {try {transfer(fromAccount, toAccount, amount);System.out.print(".");} catch (OverdrawnException e) {System.out.print("-");}printNewLine(i);}}// This will never get to here...System.out.println("Thread Complete: " + threadNum);}private void printNewLine(int columnNumber) {if (columnNumber % MAX_COLUMNS == 0) {System.out.print("\n");}}/*** The clue to spotting deadlocks is in the nested locking - synchronized keywords. Note that the locks DON'T* have to be next to each other to be nested.*/private void transfer(Account fromAccount, Account toAccount, int transferAmount) throws OverdrawnException {synchronized (fromAccount) {synchronized (toAccount) {fromAccount.withdraw(transferAmount);toAccount.deposit(transferAmount);}}}}
}

DeadlockDemo提供了创建DeadlockDemo的应用程序框架。它有两个简单的任务： setup()和run() 。 setup()创建10个帐户，并使用一个帐号和一个随机的期初余额对其进行初始化。 run()创建嵌套类BadTransferOperation 20个实例，该实例仅扩展Thread并使它们开始运行。请注意，用于线程数和帐户数的值完全是任意的。

BadTransferOperation是所有动作发生的地方。它的run()方法循环执行10000次，从accounts列表中随机选择两个帐户，并将0到1000之间的随机数从一个accounts转移到另一个accounts 。如果fromAccount中的资金不足，则会引发异常，并在屏幕上显示“-”。如果一切顺利，并且传输成功，则为“。”。在屏幕上打印。

问题的核心是包含FAULTY同步代码的方法transfer(Account fromAccount, Account toAccount, int transferAmount) ：

synchronized (fromAccount) {synchronized (toAccount) {fromAccount.withdraw(transferAmount);toAccount.deposit(transferAmount);}}

此代码首先锁定fromAccount ，然后toAccount转移现金，随后释放这两个锁定前。

给定两个线程A和B以及帐户1和2，则线程A锁定其编号为1的fromAccount并尝试将其锁定为帐户2的toAccount ，将出现问题。同时，线程B锁定其编号2和2的fromAccount 。尝试锁定其toAccount ，即帐户号1。因此，线程A在线程B上被toAccount ，线程B在线程A上被阻塞–死锁。

如果运行此应用程序，则将获得一些类似于以下内容的输出：