当咱们遇到死锁之后，除了能够手动重启程序解决之外，还能够思考是应用程序锁和轮询锁，这部分的内容能够参考我的上一篇文章，这里就不再赘述了。然而，轮询锁在应用的过程中，如果使用不当会带来新的重大问题，所以本篇咱们就来理解一下这些问题，以及相应的解决方案。
问题演示
当咱们没有应用轮询锁之前，可能会呈现这样的问题：
import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class DeadLockByReentrantLock { public static void main(String[] args) { Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创立锁 A Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创立锁 B // 创立线程 1 Thread t1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lockA.lock(); // 加锁 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); try { Thread.sleep(1000); System.out.println("线程 1:期待获取 B..."); lockB.lock(); // 加锁 try { System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 } } }); t1.start(); // 运行线程 // 创立线程 2 Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lockB.lock(); // 加锁 System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); try { Thread.sleep(1000); System.out.println("线程 2:期待获取 A..."); lockA.lock(); // 加锁 try { System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lockB.unlock(); // 开释锁 } } }); t2.start(); // 运行线程 }}以上代码的执行后果如下：
从上述后果能够看出，此时程序中呈现了线程互相期待，并尝试获取对方（锁）资源的状况，这就是典型的死锁问题了。
简易版轮询锁
当呈现死锁问题之后，咱们就能够应用轮询锁来解决它了，它的实现思路是通过轮询的形式来获取多个锁，如果中途有任意一个锁获取失败，则执行回退操作，开释以后线程领有的所有锁，期待下一次从新执行，这样就能够防止多个线程同时领有并霸占锁资源了，从而间接解决了死锁的问题，简易版的轮询锁实现如下：
import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample2 { public static void main(String[] args) { Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创立锁 A Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创立锁 B // 创立线程 1(应用轮询锁) Thread t1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { // 调用轮询锁 pollingLock(lockA, lockB); } }); t1.start(); // 运行线程 // 创立线程 2 Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lockB.lock(); // 加锁 System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); try { Thread.sleep(1000); System.out.println("线程 2:期待获取 A..."); lockA.lock(); // 加锁 try { System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lockB.unlock(); // 开释锁 } } }); t2.start(); // 运行线程 } /** * 轮询锁 */ private static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB) { // 轮询锁 while (true) { if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); try { Thread.sleep(1000); System.out.println("线程 1:期待获取 B..."); if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 try { System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); } finally { lockB.unlock(); // 开释锁 System.out.println("线程 1:开释锁 B."); break; } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 System.out.println("线程 1:开释锁 A."); } } // 期待一秒再继续执行 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }}以上代码的执行后果如下：
从上述后果能够看出，当咱们在程序中应用轮询锁之后就不会呈现死锁的问题了，但以上轮询锁也并不是白璧无瑕的，上面咱们来看看这个轮询锁会有什么样的问题？
问题1：死循环
以上简易版的轮询锁，如果遇到有一个线程始终霸占或者长时间霸占锁资源的状况，就会导致这个轮询锁进入死循环的状态，它会尝试始终获取锁资源，这样就会造成新的问题，带来不必要的性能开销，具体示例如下。
反例
import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample { public static void main(String[] args) { Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创立锁 A Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创立锁 B // 创立线程 1(应用轮询锁) Thread t1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { // 调用轮询锁 pollingLock(lockA, lockB); } }); t1.start(); // 运行线程 // 创立线程 2 Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lockB.lock(); // 加锁 System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); try { Thread.sleep(1000); System.out.println("线程 2:期待获取 A..."); lockA.lock(); // 加锁 try { System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { // 如果此处代码未执行，线程 2 始终未开释锁资源 // lockB.unlock(); } } }); t2.start(); // 运行线程 } /** * 轮询锁 */ public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB) { while (true) { if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); try { Thread.sleep(1000); System.out.println("线程 1:期待获取 B..."); if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 try { System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); } finally { lockB.unlock(); // 开释锁 System.out.println("线程 1:开释锁 B."); break; } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 System.out.println("线程 1:开释锁 A."); } } // 期待一秒再继续执行 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }}以上代码的执行后果如下：
从上述后果能够看出，线程 1 轮询锁进入了死循环的状态。
优化版
针对以上死循环的状况，咱们能够改良的思路有以下两种：
- 增加最大次数限度：如果通过了 n 次尝试获取锁之后，还未获取到锁，则认为获取锁失败，执行失败策略之后终止轮询（失败策略能够是记录日志或其余操作）；
- 增加最大时长限度：如果通过了 n 秒尝试获取锁之后，还未获取到锁，则认为获取锁失败，执行失败策略之后终止轮询。
以上策略任选其一就能够解决死循环的问题，出于实现老本的思考，咱们能够采纳轮询最大次数的形式来改良轮询锁，具体实现代码如下：
import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample { public static void main(String[] args) { Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创立锁 A Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创立锁 B // 创立线程 1(应用轮询锁) Thread t1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { // 调用轮询锁 pollingLock(lockA, lockB, 3); } }); t1.start(); // 运行线程 // 创立线程 2 Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { lockB.lock(); // 加锁 System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); try { Thread.sleep(1000); System.out.println("线程 2:期待获取 A..."); lockA.lock(); // 加锁 try { System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { // 线程 2 遗记开释锁资源 // lockB.unlock(); // 开释锁 } } }); t2.start(); // 运行线程 } /** * 轮询锁 * * maxCount：最大轮询次数 */ public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) { // 轮询次数计数器 int count = 0; while (true) { if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); try { Thread.sleep(1000); System.out.println("线程 1:期待获取 B..."); if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 try { System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); } finally { lockB.unlock(); // 开释锁 System.out.println("线程 1:开释锁 B."); break; } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 System.out.println("线程 1:开释锁 A."); } } // 判断是否曾经超过最大次数限度 if (count++ > maxCount) { // 终止循环 System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其余失败策略"); return; } // 期待一秒再持续尝试获取锁 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }}以上代码的执行后果如下：
从以上后果能够看出，当咱们改良之后，轮询锁就不会呈现死循环的问题了，它会尝试肯定次数之后终止执行。
问题2：线程饿死
咱们以上的轮询锁的轮询等待时间是固定工夫，如下代码所示：
// 期待 1s 再尝试获取（轮询）锁try { Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace();}这样在非凡状况下会造成线程饿死的问题，也就是轮询锁始终获取不到锁的问题，比方以下示例。
反例
import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample { public static void main(String[] args) { Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创立锁 A Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创立锁 B // 创立线程 1(应用轮询锁) Thread t1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { // 调用轮询锁 pollingLock(lockA, lockB, 3); } }); t1.start(); // 运行线程 // 创立线程 2 Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { while (true) { lockB.lock(); // 加锁 System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); try { System.out.println("线程 2:期待获取 A..."); lockA.lock(); // 加锁 try { System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 } } finally { lockB.unlock(); // 开释锁 } // 期待一秒之后继续执行 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }); t2.start(); // 运行线程 } /** * 轮询锁 */ public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) { // 循环次数计数器 int count = 0; while (true) { if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); try { Thread.sleep(100); // 期待 0.1s(获取锁须要的工夫) System.out.println("线程 1:期待获取 B..."); if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 try { System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); } finally { lockB.unlock(); // 开释锁 System.out.println("线程 1:开释锁 B."); break; } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 System.out.println("线程 1:开释锁 A."); } } // 判断是否曾经超过最大次数限度 if (count++ > maxCount) { // 终止循环 System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其余失败策略"); return; } // 期待一秒再持续尝试获取锁 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }}以上代码的执行后果如下：
从上述后果能够看出，线程 1（轮询锁）始终未胜利获取到锁，造成这种后果的起因是：线程 1 每次轮询的等待时间为固定的 1s，而线程 2 也是雷同的频率，每 1s 获取一次锁，这样就会导致线程 2 会始终先胜利获取到锁，而线程 1 则会始终处于“饿死”的状况，执行流程如下图所示：
优化版
接下来，咱们能够将轮询锁的固定等待时间，改良为固定工夫 + 随机工夫的形式，这样就能够防止因为获取锁的频率统一，而造成轮询锁“饿死”的问题了，具体实现代码如下：
import java.util.Random;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;public class SolveDeadLockExample { private static Random rdm = new Random(); public static void main(String[] args) { Lock lockA = new ReentrantLock(); // 创立锁 A Lock lockB = new ReentrantLock(); // 创立锁 B // 创立线程 1(应用轮询锁) Thread t1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { // 调用轮询锁 pollingLock(lockA, lockB, 3); } }); t1.start(); // 运行线程 // 创立线程 2 Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { while (true) { lockB.lock(); // 加锁 System.out.println("线程 2:获取到锁 B!"); try { System.out.println("线程 2:期待获取 A..."); lockA.lock(); // 加锁 try { System.out.println("线程 2:获取到锁 A!"); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 } } finally { lockB.unlock(); // 开释锁 } // 期待一秒之后继续执行 try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }); t2.start(); // 运行线程 } /** * 轮询锁 */ public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) { // 循环次数计数器 int count = 0; while (true) { if (lockA.tryLock()) { // 尝试获取锁 System.out.println("线程 1:获取到锁 A!"); try { Thread.sleep(100); // 期待 0.1s(获取锁须要的工夫) System.out.println("线程 1:期待获取 B..."); if (lockB.tryLock()) { // 尝试获取锁 try { System.out.println("线程 1:获取到锁 B!"); } finally { lockB.unlock(); // 开释锁 System.out.println("线程 1:开释锁 B."); break; } } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { lockA.unlock(); // 开释锁 System.out.println("线程 1:开释锁 A."); } } // 判断是否曾经超过最大次数限度 if (count++ > maxCount) { // 终止循环 System.out.println("轮询锁获取失败,记录日志或执行其余失败策略"); return; } // 期待肯定工夫(固定工夫 + 随机工夫)之后再持续尝试获取锁 try { Thread.sleep(300 + rdm.nextInt(8) * 100); // 固定工夫 + 随机工夫 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }}以上代码的执行后果如下：
从上述后果能够看出，线程 1（轮询锁）退出随机等待时间之后就不会呈现线程饿死的问题了。
总结
本文咱们介绍了轮询锁的用处，用于解决死锁问题，但简易版的轮询锁在某些状况下会造成死循环和线程饿死的问题，因而咱们对轮询锁进行了优化，给轮询锁退出了最大轮询次数，以及随机轮询等待时间，这样就能够解决因为引入轮询锁而造成的新问题了，这样就能够欢快的应用它来解决死锁的问题了。
参考 & 鸣谢
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