楼下小黑哥 · 2月19日

每日一技|活锁,也许你需要了解一下

前两天看极客时间 Java 并发课程的时候,刷到一个概念:活锁。死锁,倒是不陌生,活锁却是第一次听到。

在介绍活锁之前,我们先来复习一下死锁,下面的例子模拟一个转账业务,多线程环境,为了账户金额安全,对账户进行了加锁。

public class Account {
    public Account(int balance, String card) {
        this.balance = balance;
        this.card = card;
    }
    private int balance;
    private String card;
    public void addMoney(int amount) {
        balance += amount;
    }
      // 省略 get set 方法
}
public class AccountDeadLock {
    public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException {
        // 模拟正常的前置业务
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        synchronized (from) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock from account " + from.getCard());
            synchronized (to) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock to account " + to.getCard());
                // 转出账号扣钱
                from.addMoney(-amount);
                // 转入账号加钱
                to.addMoney(amount);
            }
        }
        System.out.println("transfer success");
    }

    public static void main(String[] args) {
        Account from = new Account(100, "6000001");
        Account to = new Account(100, "6000002");

        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

        // 线程 1
        threadPool.execute(() -> {
            try {
                transfer(from, to, 50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        // 线程 2
        threadPool.execute(() -> {
            try {
                transfer(to, from, 30);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });


    }
}

上述例子中,当两个线程进入转账方法,线程 1 获取账户 6000001 这把锁,线程 2 锁住了账户 6000002 锁。

接着当线程 1 想去获取 6000002 的锁时,由于这把锁已经被线程 2 持有,线程 1 将会陷入阻塞,线程状态转为 BLOCKED。同理,线程 2 也是同样状态。

pool-1-thread-1 lock from account 6000001
pool-1-thread-2 lock from account 6000002

通过日志,可以看到两个线程开始转账方法之后,就陷入等待。

synchronized 获取不到锁就会阻塞,进行等待。既然这样,我们可以使用 ReentrantLock#tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 进行改造。tryLock 若能获取锁,将会返回 true,若不能获取锁将会进行等待,直到满足下列条件:

  • 超时时间内获取到了锁,返回 true
  • 超时时间内未获取到锁,返回 false
  • 中断,抛出异常

改造后代码如下:

public class Account {
    public Account(int balance, String card) {
        this.balance = balance;
        this.card = card;
    }
    private int balance;
    private String card;
    public void addMoney(int amount) {
        balance += amount;
    }
      // 省略 get set 方法
}
public class AccountLiveLock {

    public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException {
        // 模拟正常的前置业务
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        // 保证转账一定成功
        while (true) {
            if (from.lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock from account " + from.getCard());
                    if (to.lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) {
                        try {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock to account " + to.getCard());
                            // 转出账号扣钱
                            from.addMoney(-amount);
                            // 转入账号加钱
                            to.addMoney(amount);
                            break;
                        } finally {
                            to.lock.unlock();
                        }

                    }
                } finally {
                    from.lock.unlock();
                }
            }
        }
        System.out.println("transfer success");

    }

    public static void main(String[] args) {
        Account from = new Account(100, "A");
        Account to = new Account(100, "B");

        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

        // 线程 1
        threadPool.execute(() -> {
            try {
                transfer(from, to, 50);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        // 线程 2
        threadPool.execute(() -> {
            try {
                transfer(to, from, 30);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

上面代码使用了 while(true),获取锁失败,不断重试,直到成功。运行这个方法,运气好点,一把就能成功,运气不好,就会如下:

pool-1-thread-1 lock from account 6000001
pool-1-thread-2 lock from account 6000002
pool-1-thread-2 lock from account 6000002
pool-1-thread-1 lock from account 6000001
pool-1-thread-1 lock from account 6000001
pool-1-thread-2 lock from account 6000002

transfer 方法一直在运行,但是最终却得不到成功结果,这就是个活锁的例子。

死锁将会造成线程阻塞,程序看起来就像陷入假死一样。就像路上碰到人,你盯着我,我盯着你,互相等待对方让道,最后谁也过不去。

<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/0082zybply1gc0qa9hgimj30fc0foq9a.jpg" alt="image-20200218182523993" style="zoom:50%;" />

而活锁不一样,线程不断重复同样的操作,但也却执行不成功。还拿上面举例,这次你往左一步,他往右边一步,巧了,又碰上。然后不断循环,最会还是谁也过不去。

图片来源:知乎

分析死锁这个例子,两个线程获取的锁的顺序不一致,最后导致互相需要对方手中的锁。如果两个线程加锁顺序一致,所需条件就会一样,势必就不会产生死锁了。

我们以卡号大小为顺序,每次都给卡号比较大的账户先加锁,这样就可以解决死锁问题,代码修改如下:

// 其他代码不变    
public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException {
        // 模拟正常的前置业务
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        Account maxAccount=from;
        Account minAccount=to;
        if(Long.parseLong(from.getCard())<Long.parseLong(to.getCard())){
            maxAccount=to;
            minAccount=from;
        }

        synchronized (maxAccount) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock  account " + maxAccount.getCard());
            synchronized (minAccount) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock  account " + minAccount.getCard());
                // 转出账号扣钱
                from.addMoney(-amount);
                // 转入账号加钱
                to.addMoney(amount);
            }
        }
        System.out.println("transfer success");
    }

对于活锁的例子,存在两个问题:

一是锁的锁超时时间都一样,导致两个线程几乎同时释放锁,重试时又同时上锁,然后陷入死循环。解决这个问题,我们可以使超时时间不一样,引入一定的随机性。

二是这里使用 while(true),实际开发中万万不能这么玩。这种情况我们需要设置最大的重试次数。

画外音:如果重试这么多次,一直不成功,但是业务却想成功。现在不成功,不要傻着一直试,先放下,记录下来,待会再重试补偿呗~

活锁的代码可以改成如下:

        public static final int MAX_TIME = 5;
    public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException {
        // 模拟正常的前置业务
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        // 保证转账一定成功
        Random random = new Random();
        int retryTimes = 0;
        boolean flag=false;
        while (retryTimes++ < MAX_TIME) {
            // 等待时间随机
            if (from.lock.tryLock(random.nextInt(1000), TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock from account " + from.getCard());
                    if (to.lock.tryLock(random.nextInt(1000), TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                        try {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock to account " + to.getCard());
                            // 转出账号扣钱
                            from.addMoney(-amount);
                            // 转入账号加钱
                            to.addMoney(amount);
                            flag=true;
                            break;
                        } finally {
                            to.lock.unlock();
                        }

                    }
                } finally {
                    from.lock.unlock();
                }
            }
        }
        if(flag){
            System.out.println("transfer success"); 
        }else {
            System.out.println("transfer failed");
        }
    }

总结

死锁是日常开发中比较容易碰到的情况,我们需要小心,注意加锁的顺序。活锁,碰到情况可能不常见,本质上我们只需要注意设置最大的重试次数,就不会永远陷入一直重试中。

参考链接

http://c.biancheng.net/view/4...

https://www.javazhiyin.com/43...

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