Java 线程与并发研究系列六(死锁)

我们在学习操作系统的时候，一定接触过哲学家就餐的问题，这是由Edsger Dijkstra提出的经典的死锁例子，该例子描述的是，指定

五个哲学家一起就餐，这些哲学家花一部分时间就餐，一部分时间思考，就餐时，总共五把叉子，每人一把，如果需要就餐就必须拿

到左边或右边的叉子，直到手中有两把叉子时才能就餐，否则哲学家就必须等待，直到得到必须的叉子。

下面我们就编写程序来实现这样一个场景

public class Test {

public static void main(String[] args) {
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
Fork [] array = new Fork[5];
for (int i = 0; i < 5; i++) {
array[i] = new Fork();
}

for (int i = 0; i < array.length; i++) {
exec.execute(new Philosopher(array[i], array[(i+1)%5],5,i));
}
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
exec.shutdownNow();
}
}

class Philosopher implements Runnable{
Fork forkLeft,forkRight;
int time;//休息时间
int num;//哲学家编号
Random rand = new Random();

public Philosopher(Fork forkLeft,Fork forkRight,int time,int num){
this.forkLeft = forkLeft;
this.forkRight = forkRight;
this.time = time;
this.num = num;
}

@Override
public void run() {
try {
while(!Thread.interrupted()){
forkLeft.take();
forkRight.take();

rest();

forkLeft.drop();
forkRight.drop();
System.out.println("哲学家"+num+"号已经吃了一次");
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("结束用餐");
}
}

public void rest(){
try {
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(rand.nextInt(time*250));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

class Fork{

private boolean isTake = false;

public synchronized void take()throws InterruptedException{
while(isTake){
wait();
}
isTake = true;
}

public synchronized void drop()throws InterruptedException{
isTake = false;
notifyAll();
}
}

上面Fork类表示叉子，Philosopher表示哲学家，哲学家分别从左边和右边的人那里利用take方法获取叉子，吃完后在调用drop方法进行释放。

上面的例子，我只让他运行了十秒，在这个时间段你可能看不到死锁，如果你永久的运行下面可能就会产生死锁。为什么会产生死锁呢？从

上面的例子中我们可以看到，哲学家在用餐的时候都是先获取左边的叉子，然后获取右边的叉子，如果获取到了左边的叉子，在获取右边的叉子

时，右边的叉子已经被人获取了，那么他就处于等待状态，同时没有释放之前获取的左边的叉子。假如他们都处于这样一个场景：0号哲学家获取

了左边4号哲学家的叉子，1号获取0号的，2号获取1号的，3号获取2号的，4号获取3号的，只要遇到这样的场景，那么就永远不会有人同时拿到

2把叉子，所有的人都会永久的等待下去，这样就造成了死锁。

造成死锁的几个必要条件：

1、互斥条件，至少有一个条件是不能共享的，这里的叉子就不能同时被两个人使用。

2、循环等待，一个任务等待另一个任务所持有的资源，而另一个任务又在等待前者所持有的资源。这里如果哲学家都相互持有另外一个哲学家的

叉子后，就会相互等待另一方释放叉子，那么就会造成循环等待的场景。

3、非抢占，任何任务所持有的资源，除非自己释放掉，否则其他任务不能抢占。

4、持有等待，至少有一个任务必须持有一个资源，并且正在等待获取一个当前被其他任务持有的资源。这里哲学家获取到了左边的人的叉子，如果

右边的人叉子已经被其他的人获取，那么这个哲学家就会持有左边的人的叉子，并且等待其他人释放右边的人的叉子。

那么怎样来预防上面这个可能会产生死锁的例子呢？只要破坏上面4个条件中的一个就会打破死锁的局面，在这里我们打破第二个条件就会消除死锁

只要其中有一人先获取右边再获取左边的叉子就会打破这种局面，这样就会使得桌子上至少能够存在一对叉子可以使用，这一死锁便解除了。