以全局的固定順序獲取多個(gè)鎖來(lái)避免死鎖 
（加入日期:2001-5-6 點(diǎn)擊數(shù):710）
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當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)線程互相等待時(shí)被阻塞，就會(huì)發(fā)生死鎖。例如，第一個(gè)線程被第二個(gè)線程阻塞，它在等待第二個(gè)線程持有的一個(gè)資源。而第二個(gè)線程在獲得第一個(gè)線程持有的某個(gè)資源之前不會(huì)釋放這個(gè)資源。由于第一個(gè)線程在獲得第二個(gè)線程持有的那個(gè)資源之前不會(huì)釋放它自己所持有的資源，而第二個(gè)線程在獲得第一個(gè)線程持有的一個(gè)資源之前也不會(huì)釋放它所持有的資源，于是這兩個(gè)線程就被死鎖。

在編寫多線程代碼時(shí)，死鎖是最難處理的問(wèn)題之一。因?yàn)樗梨i可能在最意想不到的地方發(fā)生，所以查找和修正它既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。例如，試考慮下面這段鎖定了多個(gè)對(duì)象的代碼。

public int sumArrays(int[] a1, int[] a2)
{
  int value = 0;
  int size = a1.length;
  if (size == a2.length) {
    synchronized(a1) {                                       //1
      synchronized(a2) {                                     //2
        for (int i=0; i<size; i++)
          value += a1[i] + a2[i];
      }
    }
  }
  return value;
}


這段代碼在求和操作中訪問(wèn)兩個(gè)數(shù)組對(duì)象之前正確地鎖定了這兩個(gè)數(shù)組對(duì)象。它形式簡(jiǎn)短，編寫也適合所要執(zhí)行的任務(wù)；但不幸的是，它有一個(gè)潛在的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題就是它埋下了死鎖的種子，除非您在不同的線程中對(duì)相同的對(duì)象調(diào)用該方法時(shí)格外小心。要查看潛在的死鎖，請(qǐng)考慮如下的事件序列：

創(chuàng)建兩個(gè)數(shù)組對(duì)象，ArrayA 和 ArrayB。


線程 1 用下面的調(diào)用來(lái)調(diào)用 sumArrays 方法： 
sumArrays(ArrayA, ArrayB);


線程 2 用下面的調(diào)用來(lái)調(diào)用 sumArrays 方法： 
sumArrays(ArrayB, ArrayA);


線程 1 開始執(zhí)行 sumArrays 方法并在 //1 處獲得對(duì)參數(shù) a1 的鎖，對(duì)于這個(gè)調(diào)用而言，它就是對(duì) ArrayA 對(duì)象的鎖。


然后在 //2 處，在線程 1 獲得對(duì) ArrayB 的鎖之前被搶先。


線程 2 開始執(zhí)行 sumArrays 方法并在 //1 處獲得對(duì)參數(shù) a1 的鎖，對(duì)于這個(gè)調(diào)用而言，它就是對(duì) ArrayB 對(duì)象的鎖。


然后線程 2 在 //2 處試圖獲取對(duì)參數(shù) a2 的鎖，它是對(duì) ArrayA 對(duì)象的鎖。因?yàn)檫@個(gè)鎖當(dāng)前由線程 1 持有，所以線程 2 被阻塞。


線程 1 開始執(zhí)行并在 //2 處試圖獲取對(duì)參數(shù) a2 的鎖，它是對(duì) ArrayB 對(duì)象的鎖。因?yàn)檫@個(gè)鎖當(dāng)前由線程 2 持有，所以線程 1 被阻塞。


現(xiàn)在兩個(gè)線程都被死鎖。 
避免這種問(wèn)題的一種方法是讓代碼按固定的全局順序獲取鎖。在本例中，如果線程 1 和線程 2 按相同的順序?qū)?shù)調(diào)用 sumArrays 方法，就不會(huì)發(fā)生死鎖。但是，這一技術(shù)要求，多線程代碼的程序員在調(diào)用那些鎖定作為參數(shù)傳入的對(duì)象的方法時(shí)需要格外小心。在您遇到這種死鎖并不得不進(jìn)行調(diào)試之前，使用這一技術(shù)的應(yīng)用程序似乎不切實(shí)際。

另外，您也可以將鎖定順序嵌入對(duì)象的內(nèi)部。這允許代碼查詢它準(zhǔn)備為其獲得鎖的對(duì)象，以確定正確的鎖定順序。只要即將鎖定的所有對(duì)象都支持鎖定順序表示法，并且獲取鎖的代碼遵循這一策略，就可避免這種潛在死鎖的情況。

在對(duì)象中嵌入鎖定順序的缺點(diǎn)是，這種實(shí)現(xiàn)將使內(nèi)存需求和運(yùn)行時(shí)成本增加。另外，在上例中應(yīng)用這一技術(shù)需要在數(shù)組中有一個(gè)包裝對(duì)象，用來(lái)存放鎖定順序信息。例如，試考慮下面的代碼，它由前面的示例修改而來(lái)，其中實(shí)現(xiàn)了鎖定順序技術(shù)：

class ArrayWithLockOrder
{
  private static long num_locks = 0;
  private long lock_order;
  private int[] arr;
  
  public ArrayWithLockOrder(int[] a)
  {
    arr = a;
    synchronized(ArrayWithLockOrder.class) {
      num_locks++;             // 鎖數(shù)加 1。
      lock_order = num_locks;  // 為此對(duì)象實(shí)例設(shè)置唯一的 lock_order。
    }
  }
  public long lockOrder()
  {
    return lock_order;
  }
  public int[] array()
  {
    return arr;
  }
}

class SomeClass implements Runnable
{
  public int sumArrays(ArrayWithLockOrder a1,
                       ArrayWithLockOrder a2)
  {
    int value = 0;
    ArrayWithLockOrder first = a1;       // 保留數(shù)組引用的一個(gè)
    ArrayWithLockOrder last = a2;        // 本地副本。
    int size = a1.array().length;
    if (size == a2.array().length)
    {
      if (a1.lockOrder() > a2.lockOrder())  // 確定并設(shè)置對(duì)象的鎖定
      {                                     // 順序。
        first = a2;
        last = a1;
      }
      synchronized(first) {              // 按正確的順序鎖定對(duì)象。
        synchronized(last) {
          int[] arr1 == a1.array();
          int[] arr2 == a2.array();
          for (int i=0; i<size; i++)
            value += arr1[i] + arr2[i];
        }
      }
    }
    return value;
  }
  public void run() {
    //...
  }
}


在第一個(gè)示例中，ArrayWithLockOrder 類是作為數(shù)組的一個(gè)包裝提供的。每創(chuàng)建該類的一個(gè)新對(duì)象，該類就將 static num_locks 變量加 1。一個(gè)單獨(dú)的 lock_order 實(shí)例變量被設(shè)置為 num_locks static 變量的當(dāng)前值。這可以保證，對(duì)于該類的每個(gè)對(duì)象，lock_order 變量都有一個(gè)獨(dú)特的值。lock_order 實(shí)例變量充當(dāng)此對(duì)象相對(duì)于該類的其他對(duì)象的鎖定順序指示器。

請(qǐng)注意，static num_locks 變量是在 synchronized 語(yǔ)句中進(jìn)行操作的。這是必須的，因?yàn)閷?duì)象的每個(gè)實(shí)例共享該對(duì)象的 static 變量。因此，當(dāng)兩個(gè)線程同時(shí)創(chuàng)建 ArrayWithLockOrder 類的一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果操作 static num_locks 變量的代碼未作同步處理，該變量就可能被破壞。對(duì)此代碼作同步處理可以保證，對(duì)于 ArrayWithLockOrder 類的每個(gè)對(duì)象，lock_order 變量都有一個(gè)獨(dú)特的值。

此外還更新了 sumArrays 方法，以使它包括確定正確鎖定順序的代碼。在請(qǐng)求鎖之前，將查詢每個(gè)對(duì)象以獲得它的鎖定順序。編號(hào)較小的首先被鎖定。此代碼可以保證，不管各對(duì)象是以什么順序傳給此方法，它們總是被以相同的順序鎖定。

static num_locks 域和 lock_order 域都是作為 long 類型實(shí)現(xiàn)的。long 數(shù)據(jù)類型是作為 64 位有符號(hào)二進(jìn)制補(bǔ)碼整數(shù)實(shí)現(xiàn)的。這意味著在創(chuàng)建 9,223,372,036,854,775,807 個(gè)對(duì)象之后，num_locks 和 lock_order 的值將重新開始。您未必會(huì)達(dá)到這個(gè)極限，但在適當(dāng)?shù)臈l件下這是可能發(fā)生的。

實(shí)現(xiàn)嵌入的鎖定順序需要投入更多的工作，使用更多的內(nèi)存，并會(huì)延長(zhǎng)執(zhí)行時(shí)間。但是，如果您的代碼中可能存在這些類型的死鎖，您也許會(huì)發(fā)現(xiàn)值得這樣做。如果您無(wú)法承受額外的內(nèi)存和執(zhí)行開銷，或者不能接受 num_locks 或 lock_order 域重新開始的可能性，則您在建立鎖定對(duì)象的預(yù)定義順序時(shí)應(yīng)該仔細(xì)斟酌。

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