Java 개발 중 발생하는 교착 상태에 대한 솔루션

이 글은 주로 Java 멀티스레드 데드락에 대한 자세한 설명과 간단한 예시를 소개합니다. 필요한 분들은 참고하시면 됩니다.

데드락은 여러 스레드가 동시에 차단되는 상황입니다. 그들 모두는 리소스가 공개되기를 기다리고 있습니다. 스레드가 무기한 차단되므로 프로그램이 정상적으로 종료될 수 없습니다.

Java 교착 상태에 필요한 네 가지 조건:

1> 스레드는

2>를 사용할 수 없으며 선점형이 아닙니다. 리소스 요청자는 리소스 소유자로부터 리소스를 강제로 점유할 수 없으며, 리소스는 리소스 소유자에 의해서만 적극적으로 해제될 수 있습니다.

3> 요청 및 유지, 즉 자원 요청자가 원본 자원의 동료를 유지하면서 다른 자원을 요청하는 경우입니다.

4> 루프 대기, 즉 대기 중인 큐가 있습니다. P1은 P2의 리소스를 점유하고, P2는 P3의 리소스를 점유하며, P3은 P1의 자원을 점유합니다. 이로 인해 대기 루프가 생성됩니다.

위의 4가지 조건이 모두 충족되면 교착상태가 발생합니다. 물론 교착상태의 경우 위의 조건 중 하나라도 깨지면 교착상태는 사라지게 된다. 교착 상태 발생을 시뮬레이션하기 위해 Java 코드를 사용해 보겠습니다.

교착 상태 문제를 해결하는 방법은 동기화를 사용하는 방법과 Lock 명시적 잠금 구현을 사용하는 것입니다.

그리고 잠금을 부적절하게 사용하여 여러 객체를 동시에 잠가야 하는 경우 다음과 같은 교착 상태가 발생합니다.

/*
 author by w3cschool.cc
 LockTest.java
 */
import java.util.Date;
public class LockTest {
  public static String obj1 = "obj1";
  public static String obj2 = "obj2";
  public static void main(String[] args) {
   LockA la = new LockA();
   new Thread(la).start();
   LockB lb = new LockB();
   new Thread(lb).start();
  }
}
class LockA implements Runnable{
  public void run() {
   try {
     System.out.println(new Date().toString() + " LockA 开始执行");
     while(true){
      synchronized (LockTest.obj1) {
        System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj1");
        Thread.sleep(3000); // 此处等待是给B能锁住机会
        synchronized (LockTest.obj2) {
         System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj2");
         Thread.sleep(60 * 1000); // 为测试，占用了就不放
        }
      }
     }
   } catch (Exception e) {
     e.printStackTrace();
   }
  }
}
class LockB implements Runnable{
  public void run() {
   try {
     System.out.println(new Date().toString() + " LockB 开始执行");
     while(true){
      synchronized (LockTest.obj2) {
        System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj2");
        Thread.sleep(3000); // 此处等待是给A能锁住机会
        synchronized (LockTest.obj1) {
         System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj1");
         Thread.sleep(60 * 1000); // 为测试，占用了就不放
        }
      }
     }
   } catch (Exception e) {
     e.printStackTrace();
   }
  }
}

위 코드를 실행하여 출력한 결과는

Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockB 开始执行
Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockA 开始执行
Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockB 锁住 obj2
Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockA 锁住 obj1

이때 교착상태가 발생합니다.

이 문제를 해결하기 위해 명시적인 잠금 해제를 사용하지 않고 세마포어를 사용하여 제어합니다.

세마포어는 리소스에 액세스할 수 있는 스레드 수를 제어할 수 있습니다. 여기서는 잠금과 유사하게 하나의 스레드에서만 액세스할 수 있도록 지정합니다. 세마포어는 획득에 대한 제한 시간을 지정할 수 있으며 이 제한 시간을 기준으로 추가 처리를 수행할 수 있습니다.

성공적으로 획득하지 못한 경우 일반적으로 다시 시도하거나 시도 횟수를 지정하거나 즉시 종료할 수 있습니다.

다음 코드를 살펴보세요.

/*
 author by w3cschool.cc
 UnLockTest.java
 */
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.Semaphore;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class UnLockTest {
  public static String obj1 = "obj1";
  public static final Semaphore a1 = new Semaphore(1);
  public static String obj2 = "obj2";
  public static final Semaphore a2 = new Semaphore(1);
  public static void main(String[] args) {
   LockAa la = new LockAa();
   new Thread(la).start();
   LockBb lb = new LockBb();
   new Thread(lb).start();
  }
}
class LockAa implements Runnable {
  public void run() {
   try {
     System.out.println(new Date().toString() + " LockA 开始执行");
     while (true) {
      if (UnLockTest.a1.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
        System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj1");
        if (UnLockTest.a2.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
         System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj2");
         Thread.sleep(60 * 1000); // do something
        }else{
         System.out.println(new Date().toString() + "LockA 锁 obj2 失败");
        }
      }else{
        System.out.println(new Date().toString() + "LockA 锁 obj1 失败");
      }
      UnLockTest.a1.release(); // 释放
      UnLockTest.a2.release();
      Thread.sleep(1000); // 马上进行尝试，现实情况下do something是不确定的
     }
   } catch (Exception e) {
     e.printStackTrace();
   }
  }
}
class LockBb implements Runnable {
  public void run() {
   try {
     System.out.println(new Date().toString() + " LockB 开始执行");
     while (true) {
      if (UnLockTest.a2.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
        System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj2");
        if (UnLockTest.a1.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS)) {
         System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj1");
         Thread.sleep(60 * 1000); // do something
        }else{
         System.out.println(new Date().toString() + "LockB 锁 obj1 失败");
        }
      }else{
        System.out.println(new Date().toString() + "LockB 锁 obj2 失败");
      }
      UnLockTest.a1.release(); // 释放
      UnLockTest.a2.release();
      Thread.sleep(10 * 1000); // 这里只是为了演示，所以tryAcquire只用1秒，而且B要给A让出能执行的时间，否则两个永远是死锁
     }
   } catch (Exception e) {
     e.printStackTrace();
   }
  }
}

위 예제 코드의 출력 구조는 다음과 같습니다.

Tue May 05 10:59:13 CST 2015 LockA 开始执行
Tue May 05 10:59:13 CST 2015 LockB 开始执行
Tue May 05 10:59:13 CST 2015 LockB 锁住 obj2
Tue May 05 10:59:13 CST 2015 LockA 锁住 obj1
Tue May 05 10:59:14 CST 2015LockB 锁 obj1 失败
Tue May 05 10:59:14 CST 2015LockA 锁 obj2 失败
Tue May 05 10:59:15 CST 2015 LockA 锁住 obj1
Tue May 05 10:59:15 CST 2015 LockA 锁住 obj2

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