多线程中死锁是如何产生的?如何检测?如何避免?

一、死锁是如何产生的？

死锁：是指两个或多个线程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种僵局。具体来说，每个线程持有一部分资源，并等待其他线程所持有的资源释放，导致所有线程都无法继续执行。

例如：

线程A 获得 lockX 对象锁，接下来想获取 lockY对象的锁；

线程B 获得 lockY 对象锁，接下来想获取 lockX对象的锁。

代码如下：

public class DeadlockTest {

    private static Object lockX = new Object();
    private static Object lockY = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Thread threadA = new Thread(() -> {
            synchronized (lockX) {
                System.out.println("Thread A: Holding lock X...");

                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }

                System.out.println("Thread A: Waiting for lock Y...");
                synchronized (lockY) {
                    System.out.println("Thread A: Holding lock X and lock Y...");
                }
            }
        }, "threadA"); // 线程起别名

        Thread threadB = new Thread(() -> {
            synchronized (lockY) {
                System.out.println("Thread B: Holding lock Y...");

                try {
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }

                System.out.println("Thread B: Waiting for lock X...");
                synchronized (lockX) {
                    System.out.println("Thread B: Holding lock Y and lock X...");
                }
            }
        }, "threadB");

        threadA.start();
        threadB.start();
    }

}

控制台输出结果：

此时程序并没有结束，这种现象就是死锁现象...线程A持有lock X锁等待获取lock Y锁，线程B持有lock Y锁等待获取lock X锁。  

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二、如何进行死锁诊断？

当程序出现了死锁现象，我们可以使用jdk自带的工具：jps和 jstack

步骤如下：

第一：查看运行的线程

打开终端，运行命令：jps，得到Java进程的PID、主类的完整名称。

第二：使用jstack查看线程运行的情况 

运行命令：jstack -l 18348

发现一个死锁： 

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三、如何避免死锁？

预防死锁

预防死锁的策略是破坏死锁的四个必要条件之一：

1. 互斥条件：确保资源可以被同时访问，不过并非所有资源都能够做到这一点。
2. 请求与保持条件：一次性申请所有资源，不允许分步申请。
3. 不可剥夺条件：一旦资源被分配给某线程，就不应该从该线程中强制夺回。
4. 循环等待条件：对资源实施一个全局的顺序，确保所有线程按顺序申请资源。

避免死锁

避免死锁的策略是在运行时避免系统进入不安全状态。银行家算法是一个著名的避免死锁的算法，它通过动态分析资源分配来确保系统始终处于安全状态。

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四、解决死锁示例：

在上面的例子中，如果线程A和线程B几乎同时开始执行，它们可能会相互等待对方释放锁，从而导致死锁。

解决这个问题的一种方法是确保所有线程按相同的顺序获取锁：

public class DeadlockResolvedDemo {

    private static Object lockX = new Object();
    private static Object lockY = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Thread threadA = new Thread(() -> {
            synchronized (lockX) {
                System.out.println("Thread A: Holding lock X...");

                try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}

                System.out.println("Thread A: Waiting for lock Y...");
                synchronized (lockY) {
                    System.out.println("Thread A: Holding lock X and lock Y...");
                }
            }
        });

        Thread threadB = new Thread(() -> {
            synchronized (lockX) { // 注意这里也是先获取lockX
                System.out.println("Thread B: Holding lock X...");

                try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}

                System.out.println("Thread B: Waiting for lock Y...");
                synchronized (lockY) {
                    System.out.println("Thread B: Holding lock X and lock Y...");
                }
            }
        });

        threadA.start();
        threadB.start();
    }
}

在这个修改后的例子中，无论线程A还是线程B，都是先尝试获取lockX，然后再获取lockY，这样就打破了循环等待条件，从而避免了死锁。