淺談java安全編碼指南之死鎖dead lock

更新時(shí)間：2021年06月03日 10:19:52 作者：flydean

java中為了保證共享數(shù)據(jù)的安全性，我們引入了鎖的機(jī)制。有了鎖就有可能產(chǎn)生死鎖。死鎖的原因就是多個(gè)線程鎖住了對(duì)方所需要的資源，然后現(xiàn)有的資源又沒有釋放，從而導(dǎo)致循環(huán)等待的情況。通常來(lái)說如果不同的線程對(duì)加鎖和釋放鎖的順序不一致的話，就很有可能產(chǎn)生死鎖。

不同的加鎖順序

我們來(lái)看一個(gè)不同加鎖順序的例子：

public class DiffLockOrder {

    private int amount;

    public DiffLockOrder(int amount){
       this.amount=amount;
    }

    public void transfer(DiffLockOrder target,int transferAmount){
        synchronized (this){
            synchronized (target){
                if(amount< transferAmount){
                    System.out.println("余額不足！");
                }else{
                    amount=amount-transferAmount;
                    target.amount=target.amount+transferAmount;
                }
            }
        }
    }
}

上面的例子中，我們模擬一個(gè)轉(zhuǎn)賬的過程，amount用來(lái)表示用戶余額。transfer用來(lái)將當(dāng)前賬號(hào)的一部分金額轉(zhuǎn)移到目標(biāo)對(duì)象中。

為了保證在transfer的過程中，兩個(gè)賬戶不被別人修改，我們使用了兩個(gè)synchronized關(guān)鍵字，分別把transfer對(duì)象和目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行鎖定。

看起來(lái)好像沒問題，但是我們沒有考慮在調(diào)用的過程中，transfer的順序是可以發(fā)送變化的：

DiffLockOrder account1 = new DiffLockOrder(1000);
DiffLockOrder account2 = new DiffLockOrder(500);

Runnable target1= ()->account1.transfer(account2,200);
Runnable target2= ()->account2.transfer(account1,100);
new Thread(target1).start();
new Thread(target2).start();

上面的例子中，我們定義了兩個(gè)account，然后兩個(gè)賬戶互相轉(zhuǎn)賬，最后很有可能導(dǎo)致互相鎖定，最后產(chǎn)生死鎖。

使用private類變量

使用兩個(gè)sync會(huì)有順序的問題，那么有沒有辦法只是用一個(gè)sync就可以在所有的實(shí)例中同步呢？

有的，我們可以使用private的類變量，因?yàn)轭愖兞渴窃谒袑?shí)例中共享的，這樣一次sync就夠了：

public class LockWithPrivateStatic {

    private int amount;

    private static final Object lock = new Object();

    public LockWithPrivateStatic(int amount){
       this.amount=amount;
    }

    public void transfer(LockWithPrivateStatic target, int transferAmount){
        synchronized (lock) {
            if (amount < transferAmount) {
                System.out.println("余額不足！");
            } else {
                amount = amount - transferAmount;
                target.amount = target.amount + transferAmount;
            }
        }
    }
}

使用相同的Order

我們產(chǎn)生死鎖的原因是無(wú)法控制上鎖的順序，如果我們能夠控制上鎖的順序，是不是就不會(huì)產(chǎn)生死鎖了呢？

帶著這個(gè)思路，我們給對(duì)象再加上一個(gè)id字段：

private final long id; // 唯一ID，用來(lái)排序
private static final AtomicLong nextID = new AtomicLong(0); // 用來(lái)生成ID

public DiffLockWithOrder(int amount){
    this.amount=amount;
    this.id = nextID.getAndIncrement();
}

在初始化對(duì)象的時(shí)候，我們使用static的AtomicLong類來(lái)為每個(gè)對(duì)象生成唯一的ID。

在做transfer的時(shí)候，我們先比較兩個(gè)對(duì)象的ID大小，然后根據(jù)ID進(jìn)行排序，最后安裝順序進(jìn)行加鎖。這樣就能夠保證順序，從而避免死鎖。

public void transfer(DiffLockWithOrder target, int transferAmount){
    DiffLockWithOrder fist, second;

    if (compareTo(target) < 0) {
        fist = this;
        second = target;
    } else {
        fist = target;
        second = this;
    }

    synchronized (fist){
        synchronized (second){
            if(amount< transferAmount){
                System.out.println("余額不足！");
            }else{
                amount=amount-transferAmount;
                target.amount=target.amount+transferAmount;
            }
        }
    }
}

釋放掉已占有的鎖

死鎖是互相請(qǐng)求對(duì)方占用的鎖，但是對(duì)方的鎖一直沒有釋放，我們考慮一下，如果獲取不到鎖的時(shí)候，自動(dòng)釋放已占用的鎖是不是也可以解決死鎖的問題呢？

因?yàn)镽eentrantLock有一個(gè)tryLock()方法，我們可以使用這個(gè)方法來(lái)判斷是否能夠獲取到鎖，獲取不到就釋放已占有的鎖。

我們使用ReentrantLock來(lái)完成這個(gè)例子：

public class DiffLockWithReentrantLock {

    private int amount;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();

    public DiffLockWithReentrantLock(int amount){
        this.amount=amount;
    }

    private void transfer(DiffLockWithReentrantLock target, int transferAmount)
            throws InterruptedException {
        while (true) {
            if (this.lock.tryLock()) {
                try {
                    if (target.lock.tryLock()) {
                        try {
                            if(amount< transferAmount){
                                System.out.println("余額不足！");
                            }else{
                                amount=amount-transferAmount;
                                target.amount=target.amount+transferAmount;
                            }
                            break;
                        } finally {
                            target.lock.unlock();
                        }
                    }
                } finally {
                    this.lock.unlock();
                }
            }
            //隨機(jī)sleep一定的時(shí)間，保證可以釋放掉鎖
            Thread.sleep(1000+new Random(1000L).nextInt(1000));
        }
    }

}

我們把兩個(gè)tryLock方法在while循環(huán)中，如果不能獲取到鎖就循環(huán)遍歷。

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