（八） 共享模型之管程【活跃性】

一、多把锁（P114）

一间大屋子有两个功能：睡觉、学习，互不相干。

现在小南要学习，小女要睡觉，但如果只用一间屋子（一个对象锁）的话，那么并发度很低

解决方法是准备多个房间（多个对象锁）

public class TestMultiLock {
    public static void main(String[] args) {
        BigRoom bigRoom = new BigRoom();
        new Thread(() -> {
            bigRoom.study();
        },"小南").start();
        new Thread(() -> {
            bigRoom.sleep();
        },"小女").start();
    }
}

@Slf4j(topic = "c.BigRoom")
public class BigRoom {
 
    public void sleep() throws InterruptedException {
        synchronized (this) {
            log.debug("sleeping 2 小时");
            Thread.sleep(2);
        }
    }
 
    public void study()  throws InterruptedException {
        synchronized (this) {
            log.debug("study 1 小时");
            Thread.sleep(1);
        }
    }
 
}

改进

@Slf4j(topic = "c.BigRoom")
public class BigRoom {
 
    private final Object studyRoom = new Object();
 
    private final Object bedRoom = new Object();
 
    public void sleep() throws InterruptedException {
        synchronized (bedRoom) {
            log.debug("sleeping 2 小时");
            Thread.sleep(2000);
        }
    }
 
    public void study() throws InterruptedException {
        synchronized (studyRoom) {
            log.debug("study 1 小时");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
 
}

将锁的粒度细分：

好处：增强并发度。

坏处：如果一个线程需要同时获得多把锁，就容易发生死锁。

二、死锁

一个线程需要同时获取多把锁，这时就容易发生死锁。

【t1 线程】 获得 A对象 锁，接下来想获取 B对象的锁；

【t2 线程】 获得 B对象 锁，接下来想获取 A对象的锁。

@Slf4j(topic = "c.TestDeadLock")
public class TestDeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        test1();
    }
 
    private static void test1() {
        Object A = new Object();
        Object B = new Object();
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (A) {
                log.debug("lock A");
                sleep(1);
                synchronized (B) {
                    log.debug("lock B");
                    log.debug("操作...");
                }
            }
        }, "t1");
 
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (B) {
                log.debug("lock B");
                sleep(0.5);
                synchronized (A) {
                    log.debug("lock A");
                    log.debug("操作...");
                }
            }
        }, "t2");
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

三、定位死锁

检测死锁可以使用 jconsole工具，

或者使用 jps 定位进程 id，再用 jstack 定位死锁：

  

（1）避免死锁要注意加锁顺序

（2）另外如果由于某个线程进入了死循环，导致其它线程一直等待，对于这种情况 linux 下可以通过 top 先定位到 CPU 占用高的 Java 进程，再利用 top - Hp 进程 id 来定位是哪个线程，最后再用 jstack 排查

四、哲学家就餐问题

有五位哲学家，围坐在圆桌旁。

（1）他们只做两件事，思考和吃饭，思考一会吃口饭，吃完饭后接着思考。

（2）吃饭时要用两根筷子吃，桌上共有 5 根筷子，每位哲学家左右手边各有一根筷子。

（3）如果筷子被身边的人拿着，自己就得等待

 

public class TestDeadLock {
    public static void main(String[] args) {
        Chopstick c1 = new Chopstick("1");
        Chopstick c2 = new Chopstick("2");
        Chopstick c3 = new Chopstick("3");
        Chopstick c4 = new Chopstick("4");
        Chopstick c5 = new Chopstick("5");
        new Philosopher("苏格拉底", c1, c2).start();
        new Philosopher("柏拉图", c2, c3).start();
        new Philosopher("亚里士多德", c3, c4).start();
        new Philosopher("赫拉克利特", c4, c5).start();
        new Philosopher("阿基米德", c1, c5).start();
    }
}
 
@Slf4j(topic = "c.Philosopher")
class Philosopher extends Thread {
    Chopstick left;
    Chopstick right;
 
    public Philosopher(String name, Chopstick left, Chopstick right) {
        super(name);
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            //　尝试获得左手筷子
            synchronized (left) {
                // 尝试获得右手筷子
                synchronized (right) {
                    eat();
                }
            }
        }
    }
 
    Random random = new Random();
    private void eat() {
        log.debug("eating...");
        Sleeper.sleep(0.5);
    }
}
 
class Chopstick {
    String name;
 
    public Chopstick(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    @Override
    public String toString() {
        return "筷子{" + name + '}';
    }
}

这种线程没有按预期结束，执行不下去的情况，归类为【 活跃性 】问题，除了死锁以外，还有活锁和饥饿者两种情况

 

五、活锁

活锁出现在两个线程互相改变对方的结束条件，最后谁也无法结束。

@Slf4j(topic = "c.TestLiveLock")
public class TestLiveLock {
    static volatile int count = 10;
    static final Object lock = new Object();
 
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            // 期望减到 0 退出循环
            while (count > 0) {
                sleep(0.2);
                count--;
                log.debug("count: {}", count);
            }
        }, "t1").start();
        new Thread(() -> {
            // 期望超过 20 退出循环
            while (count < 20) {
                sleep(0.2);
                count++;
                log.debug("count: {}", count);
            }
        }, "t2").start();
    }
}

六、饥饿

很多教程中把饥饿定义为，一个线程由于优先级太低，始终得不到 CPU 调度执行，又不能够结束，饥饿的情况不易演示，讲读写锁时会涉及饥饿问题。

下面我讲一下我遇到的一个线程饥饿的例子，先来看看使用顺序加锁的方式解决之前的死锁问题

 

顺序加锁可以解决死锁，但是容易造成饥饿。