Java?輪詢鎖使用時(shí)遇到問(wèn)題解決方案
前言:
當(dāng)我們遇到死鎖之后,除了可以手動(dòng)重啟程序解決之外,還可以考慮使用順序鎖和輪詢鎖,這部分的內(nèi)容可以參考上一篇文章Java 死鎖解決方案順序鎖和輪詢鎖,這里就不再贅述了。然而,輪詢鎖在使用的過(guò)程中,如果使用不當(dāng)會(huì)帶來(lái)新的嚴(yán)重問(wèn)題,所以本篇我們就來(lái)了解一下這些問(wèn)題,以及相應(yīng)的解決方案。
問(wèn)題演示
當(dāng)我們沒(méi)有使用輪詢鎖之前,可能會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題:
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(); // 創(chuàng)建鎖 A
Lock lockB = new ReentrantLock(); // 創(chuàng)建鎖 B
// 創(chuàng)建線程 1
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lockA.lock(); // 加鎖
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 A!");
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("線程 1:等待獲取 B...");
lockB.lock(); // 加鎖
try {
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 B!");
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
}
}
});
t1.start(); // 運(yùn)行線程
// 創(chuàng)建線程 2
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lockB.lock(); // 加鎖
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 B!");
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("線程 2:等待獲取 A...");
lockA.lock(); // 加鎖
try {
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 A!");
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lockB.unlock(); // 釋放鎖
}
}
});
t2.start(); // 運(yùn)行線程
}
}以上代碼的執(zhí)行結(jié)果如下:

從上述結(jié)果可以看出,此時(shí)程序中出現(xiàn)了線程相互等待,并嘗試獲取對(duì)方(鎖)資源的情況,這就是典型的死鎖問(wèn)題了。
簡(jiǎn)易版輪詢鎖
當(dāng)出現(xiàn)死鎖問(wèn)題之后,我們就可以使用輪詢鎖來(lái)解決它了,它的實(shí)現(xiàn)思路是通過(guò)輪詢的方式來(lái)獲取多個(gè)鎖,如果中途有任意一個(gè)鎖獲取失敗,則執(zhí)行回退操作,釋放當(dāng)前線程擁有的所有鎖,等待下一次重新執(zhí)行,這樣就可以避免多個(gè)線程同時(shí)擁有并霸占鎖資源了,從而直接解決了死鎖的問(wèn)題,簡(jiǎn)易版的輪詢鎖實(shí)現(xiàn)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(); // 創(chuàng)建鎖 A
Lock lockB = new ReentrantLock(); // 創(chuàng)建鎖 B
// 創(chuàng)建線程 1(使用輪詢鎖)
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 調(diào)用輪詢鎖
pollingLock(lockA, lockB);
}
});
t1.start(); // 運(yùn)行線程
// 創(chuàng)建線程 2
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lockB.lock(); // 加鎖
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 B!");
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("線程 2:等待獲取 A...");
lockA.lock(); // 加鎖
try {
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 A!");
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lockB.unlock(); // 釋放鎖
}
}
});
t2.start(); // 運(yùn)行線程
}
/**
* 輪詢鎖
*/
private static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB) {
// 輪詢鎖
while (true) {
if (lockA.tryLock()) { // 嘗試獲取鎖
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 A!");
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("線程 1:等待獲取 B...");
if (lockB.tryLock()) { // 嘗試獲取鎖
try {
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 B!");
} finally {
lockB.unlock(); // 釋放鎖
System.out.println("線程 1:釋放鎖 B.");
break;
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
System.out.println("線程 1:釋放鎖 A.");
}
}
// 等待一秒再繼續(xù)執(zhí)行
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}以上代碼的執(zhí)行結(jié)果如下:

從上述結(jié)果可以看出,當(dāng)我們?cè)诔绦蛑惺褂幂喸冩i之后就不會(huì)出現(xiàn)死鎖的問(wèn)題了,但以上輪詢鎖也并不是完美無(wú)缺的,下面我們來(lái)看看這個(gè)輪詢鎖會(huì)有什么樣的問(wèn)題?
問(wèn)題1:死循環(huán)
以上簡(jiǎn)易版的輪詢鎖,如果遇到有一個(gè)線程一直霸占或者長(zhǎng)時(shí)間霸占鎖資源的情況,就會(huì)導(dǎo)致這個(gè)輪詢鎖進(jìn)入死循環(huán)的狀態(tài),它會(huì)嘗試一直獲取鎖資源,這樣就會(huì)造成新的問(wèn)題,帶來(lái)不必要的性能開(kāi)銷,具體示例如下。
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(); // 創(chuàng)建鎖 A
Lock lockB = new ReentrantLock(); // 創(chuàng)建鎖 B
// 創(chuàng)建線程 1(使用輪詢鎖)
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 調(diào)用輪詢鎖
pollingLock(lockA, lockB);
}
});
t1.start(); // 運(yùn)行線程
// 創(chuàng)建線程 2
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lockB.lock(); // 加鎖
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 B!");
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("線程 2:等待獲取 A...");
lockA.lock(); // 加鎖
try {
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 A!");
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 如果此處代碼未執(zhí)行,線程 2 一直未釋放鎖資源
// lockB.unlock();
}
}
});
t2.start(); // 運(yùn)行線程
}
/**
* 輪詢鎖
*/
public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB) {
while (true) {
if (lockA.tryLock()) { // 嘗試獲取鎖
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 A!");
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("線程 1:等待獲取 B...");
if (lockB.tryLock()) { // 嘗試獲取鎖
try {
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 B!");
} finally {
lockB.unlock(); // 釋放鎖
System.out.println("線程 1:釋放鎖 B.");
break;
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
System.out.println("線程 1:釋放鎖 A.");
}
}
// 等待一秒再繼續(xù)執(zhí)行
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}以上代碼的執(zhí)行結(jié)果如下:

從上述結(jié)果可以看出,線程 1 輪詢鎖進(jìn)入了死循環(huán)的狀態(tài)。
優(yōu)化版
針對(duì)以上死循環(huán)的情況,我們可以改進(jìn)的思路有以下兩種:
- 添加最大次數(shù)限制:如果經(jīng)過(guò)了 n 次嘗試獲取鎖之后,還未獲取到鎖,則認(rèn)為獲取鎖失敗,執(zhí)行失敗策略之后終止輪詢(失敗策略可以是記錄日志或其他操作);
- 添加最大時(shí)長(zhǎng)限制:如果經(jīng)過(guò)了 n 秒嘗試獲取鎖之后,還未獲取到鎖,則認(rèn)為獲取鎖失敗,執(zhí)行失敗策略之后終止輪詢。
以上策略任選其一就可以解決死循環(huán)的問(wèn)題,出于實(shí)現(xiàn)成本的考慮,我們可以采用輪詢最大次數(shù)的方式來(lái)改進(jìn)輪詢鎖,
具體實(shí)現(xiàn)代碼如下:
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(); // 創(chuàng)建鎖 A
Lock lockB = new ReentrantLock(); // 創(chuàng)建鎖 B
// 創(chuàng)建線程 1(使用輪詢鎖)
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 調(diào)用輪詢鎖
pollingLock(lockA, lockB, 3);
}
});
t1.start(); // 運(yùn)行線程
// 創(chuàng)建線程 2
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
lockB.lock(); // 加鎖
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 B!");
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("線程 2:等待獲取 A...");
lockA.lock(); // 加鎖
try {
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 A!");
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 線程 2 忘記釋放鎖資源
// lockB.unlock(); // 釋放鎖
}
}
});
t2.start(); // 運(yùn)行線程
}
/**
* 輪詢鎖
*
* maxCount:最大輪詢次數(shù)
*/
public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) {
// 輪詢次數(shù)計(jì)數(shù)器
int count = 0;
while (true) {
if (lockA.tryLock()) { // 嘗試獲取鎖
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 A!");
try {
Thread.sleep(1000);
System.out.println("線程 1:等待獲取 B...");
if (lockB.tryLock()) { // 嘗試獲取鎖
try {
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 B!");
} finally {
lockB.unlock(); // 釋放鎖
System.out.println("線程 1:釋放鎖 B.");
break;
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
System.out.println("線程 1:釋放鎖 A.");
}
}
// 判斷是否已經(jīng)超過(guò)最大次數(shù)限制
if (count++ > maxCount) {
// 終止循環(huán)
System.out.println("輪詢鎖獲取失敗,記錄日志或執(zhí)行其他失敗策略");
return;
}
// 等待一秒再繼續(xù)嘗試獲取鎖
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}以上代碼的執(zhí)行結(jié)果如下:

從以上結(jié)果可以看出,當(dāng)我們改進(jìn)之后,輪詢鎖就不會(huì)出現(xiàn)死循環(huán)的問(wèn)題了,它會(huì)嘗試一定次數(shù)之后終止執(zhí)行。
問(wèn)題2:線程餓死
我們以上的輪詢鎖的輪詢等待時(shí)間是固定時(shí)間,如下代碼所示:
// 等待 1s 再嘗試獲?。ㄝ喸儯╂i
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}這樣在特殊情況下會(huì)造成線程餓死的問(wèn)題,也就是輪詢鎖一直獲取不到鎖的問(wèn)題,比如以下示例。
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(); // 創(chuàng)建鎖 A
Lock lockB = new ReentrantLock(); // 創(chuàng)建鎖 B
// 創(chuàng)建線程 1(使用輪詢鎖)
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 調(diào)用輪詢鎖
pollingLock(lockA, lockB, 3);
}
});
t1.start(); // 運(yùn)行線程
// 創(chuàng)建線程 2
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true) {
lockB.lock(); // 加鎖
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 B!");
try {
System.out.println("線程 2:等待獲取 A...");
lockA.lock(); // 加鎖
try {
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 A!");
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
}
} finally {
lockB.unlock(); // 釋放鎖
}
// 等待一秒之后繼續(xù)執(zhí)行
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
t2.start(); // 運(yùn)行線程
}
/**
* 輪詢鎖
*/
public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) {
// 循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器
int count = 0;
while (true) {
if (lockA.tryLock()) { // 嘗試獲取鎖
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 A!");
try {
Thread.sleep(100); // 等待 0.1s(獲取鎖需要的時(shí)間)
System.out.println("線程 1:等待獲取 B...");
if (lockB.tryLock()) { // 嘗試獲取鎖
try {
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 B!");
} finally {
lockB.unlock(); // 釋放鎖
System.out.println("線程 1:釋放鎖 B.");
break;
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
System.out.println("線程 1:釋放鎖 A.");
}
}
// 判斷是否已經(jīng)超過(guò)最大次數(shù)限制
if (count++ > maxCount) {
// 終止循環(huán)
System.out.println("輪詢鎖獲取失敗,記錄日志或執(zhí)行其他失敗策略");
return;
}
// 等待一秒再繼續(xù)嘗試獲取鎖
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}以上代碼的執(zhí)行結(jié)果如下:

從上述結(jié)果可以看出,線程 1(輪詢鎖)一直未成功獲取到鎖,造成這種結(jié)果的原因是:線程 1 每次輪詢的等待時(shí)間為固定的 1s,而線程 2 也是相同的頻率,每 1s 獲取一次鎖,這樣就會(huì)導(dǎo)致線程 2 會(huì)一直先成功獲取到鎖,而線程 1 則會(huì)一直處于“餓死”的情況,執(zhí)行流程如下圖所示:

優(yōu)化版
接下來(lái),我們可以將輪詢鎖的固定等待時(shí)間,改進(jìn)為固定時(shí)間 + 隨機(jī)時(shí)間的方式,這樣就可以避免因?yàn)楂@取鎖的頻率一致,而造成輪詢鎖“餓死”的問(wèn)題了,具體實(shí)現(xiàn)代碼如下:
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(); // 創(chuàng)建鎖 A
Lock lockB = new ReentrantLock(); // 創(chuàng)建鎖 B
// 創(chuàng)建線程 1(使用輪詢鎖)
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 調(diào)用輪詢鎖
pollingLock(lockA, lockB, 3);
}
});
t1.start(); // 運(yùn)行線程
// 創(chuàng)建線程 2
Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (true) {
lockB.lock(); // 加鎖
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 B!");
try {
System.out.println("線程 2:等待獲取 A...");
lockA.lock(); // 加鎖
try {
System.out.println("線程 2:獲取到鎖 A!");
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
}
} finally {
lockB.unlock(); // 釋放鎖
}
// 等待一秒之后繼續(xù)執(zhí)行
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
});
t2.start(); // 運(yùn)行線程
}
/**
* 輪詢鎖
*/
public static void pollingLock(Lock lockA, Lock lockB, int maxCount) {
// 循環(huán)次數(shù)計(jì)數(shù)器
int count = 0;
while (true) {
if (lockA.tryLock()) { // 嘗試獲取鎖
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 A!");
try {
Thread.sleep(100); // 等待 0.1s(獲取鎖需要的時(shí)間)
System.out.println("線程 1:等待獲取 B...");
if (lockB.tryLock()) { // 嘗試獲取鎖
try {
System.out.println("線程 1:獲取到鎖 B!");
} finally {
lockB.unlock(); // 釋放鎖
System.out.println("線程 1:釋放鎖 B.");
break;
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lockA.unlock(); // 釋放鎖
System.out.println("線程 1:釋放鎖 A.");
}
}
// 判斷是否已經(jīng)超過(guò)最大次數(shù)限制
if (count++ > maxCount) {
// 終止循環(huán)
System.out.println("輪詢鎖獲取失敗,記錄日志或執(zhí)行其他失敗策略");
return;
}
// 等待一定時(shí)間(固定時(shí)間 + 隨機(jī)時(shí)間)之后再繼續(xù)嘗試獲取鎖
try {
Thread.sleep(300 + rdm.nextInt(8) * 100); // 固定時(shí)間 + 隨機(jī)時(shí)間
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}以上代碼的執(zhí)行結(jié)果如下:

從上述結(jié)果可以看出,線程 1(輪詢鎖)加入隨機(jī)等待時(shí)間之后就不會(huì)出現(xiàn)線程餓死的問(wèn)題了。
總結(jié)
本文我們介紹了輪詢鎖的用途,用于解決死鎖問(wèn)題,但簡(jiǎn)易版的輪詢鎖在某些情況下會(huì)造成死循環(huán)和線程餓死的問(wèn)題,因此我們對(duì)輪詢鎖進(jìn)行了優(yōu)化,給輪詢鎖加入了最大輪詢次數(shù),以及隨機(jī)輪詢等待時(shí)間,這樣就可以解決因?yàn)橐胼喸冩i而造成的新問(wèn)題了,這樣就可以愉快的使用它來(lái)解決死鎖的問(wèn)題了。
到此這篇關(guān)于Java 輪詢鎖使用時(shí)遇到問(wèn)題解決方案的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java 輪詢鎖內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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