一分钟图解Java线程之死锁——夫妻间的出行风波

为了更好的理解死锁，读者可能需要了解线程安全相关的知识，主要是对线程执行的六大状态有一定的了解，尤其是阻塞状态，这是死锁发生的关键。进而才能对死锁的过程深入理解。这里附上一篇读前分享链接，当然，你也可以直接跳过。也是可以读懂这篇故事型文章的。

• 深入理解Java线程安全——银行欠我400万！！！

线程执行的六大状态

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一、故事引入

 有一对夫妻，拥有一辆小汽车（可能时劳斯莱斯）；同时两人婚前约定，只能用一个钱包（请不要争执电子支付，他们不用），且每次只能由一个带在身上；
 有一天，丈夫准备去和朋友一起去吃饭，需要拿上车钥匙和钱包，妻子想去商场购物，也许要拿上钥匙和钱包；


类比如下：

每个对象都有一个互斥标记锁，用来分配给线程的。只有拥有对象互斥锁标记的线程才能进入该对象加锁的同步代码块。线程退出同步代码块时会释放相应的互斥锁标记。

 夫妻双方都有自己的事情去做，这个过程类比的是两个线程的执行；两人如果需要完成自己想做的事情，就必须同时拿到钱包和车钥匙，这里类比的是多个线程访问临界资源，而每个临界资源对象都有且只有一个锁标记，只有拥有锁标记的线程才可以拥有这个对象；

•  情景一：丈夫顺利的拿到车钥匙和钱包完成了自己的事情，然后把钱包和车钥匙还给妻子；

类比：两个线程，线程1首先拿到OS分配的时间片，然后访问两个临界资源对象并顺利拿到两个锁标记，且在时间片未到期之前执行完毕所有事情，然后释放锁标记，线程2进而继续执行；

•  情景二：丈夫顺利的拿到钱包，但是这时候突然想去厕所，而在这个时间里，妻子为了去购物，把车钥匙拿走了，但是车开出去之后发现没有钱包，因此等待钱包归来；丈夫上完厕所，发现车钥匙不在了，因此，在家等待车钥匙，两个人无穷尽的等了下去。（你可能会说，打个电话问一下啊！别着急，先不打）

类比：线程1首先拿到OS分配的时间片，然后访问临界资源对象 钱包，但是在拿到该对象的锁标记，准备拿另一个临界资源对象的锁标记的时候，时间片到期了，因为陷入了限期等待状态。而在线程1限期而等待期间，线程2拿到了OS分配的时间片，并拿到了临界资源对象 车的锁标记，因为没有找到 钱包对象的锁标记，因此进入阻塞状态，等待其他线程释放锁标记；此时线程1限期等待结束，并再一次拿到OS分配的时间片，可因为拿不到 车对象的锁标记，因此也陷入了阻塞状态，两个线程因此都陷入了阻塞状态。

二、死锁

 很显然，两个线程各自拿到一个临界资源对象的锁标记，并且都在阻塞状态等待对方释放锁标记，互相都不愿意释放锁标记，因为陷入了无限期的僵持状态，这就是死锁；

死锁的产生

• 当第一个线程拥有A对象锁标记，并且等待B对象的锁标记，同时第二个线程拥有B对象锁标记，并且等待A对象锁标记时，产生死锁。
• 一个线程可以同时拥有多个对象的锁标记，当线程阻塞时，不会释放已经拥有的锁标记，由此可能造成死锁。

三、线程通信

 夫妻间产生争执时非常正常的事情，但是不能一直僵持，僵持就会陷入“死锁”，一定要沟通交流才能解决完问题，因此，在双方对需要对方的东西去做自己想做的事情时，要去协商，可以把钱包给妻子，让她先去购物，之后妻子完成自己的事情再把车和钥匙交给丈夫，进而解决问题，这就需要“通信”。

•  情景三：由于两人互相僵持不下，终于还是进行了电话沟通，最终协商结果为先让妻子去购物，丈夫在家先等待，直到妻子购物回来，把车钥匙和钱包交出来并通知丈夫。如果说妻子执行完自己的事情直接把钱包和车钥匙放回原处，而没有通知丈夫，丈夫依然不知道妻子已经回来了，还会继续陷入阻塞状态，只有妻子把钱包和车钥匙亲手交给丈夫，丈夫才能做自己的事情，或者妻子把钱包和钥匙放回原处，让保姆或者其他人拿着去通知丈夫才可以。

类比：线程1将自己所持有的临界资源对象（钱包对象）的锁标记用过调用 obj.wait()释放后，自己进入等待队列，而此时，线程2因为拿到了线程1中的锁标记，因此进入就绪状态开始执行。当线程2执行完毕后，将锁标记释放回临界资源对象，但是此时因为线程1处于阻塞状态，已经无法主动访问临界资源对象拿到相应的锁标记，因此需要其他线程（可以是任意拥有线程1所需锁标记的线程）来通知（notify()方法）该线程，进而线程1才可以执行。

等待

• public final void wait()
• public final void wait(long timeout)
• 必须在对obj加锁的同步代码块中，调用obj.wait()时，此线程会释放其拥有的所有锁标记。因此此线程阻塞在obj的等待队列中。释放锁，进入等待队列。

synchronized (临界资源对象){ //对临界资源加锁
	//同步代码块（原子操作）
}

通知

• public final void notify()
• public final void notufyAll()
• 必须在对obj加锁的同步代码块中。从obj的waiting中释放一个或全部线程。对自身没有任何影响。

四、代码案例

 因为线程拿到时间片时随机的，因此无法用代码在再现夫妻出行的例子，该示例主要是帮助读者理解死锁的产生；这里几个代码案例主要是帮助理解线程通信的几个方法。

线程释放锁标记

 现有一个Object临界资源对象，有一个线程MyThread，当该线程进入同步代码块的时候，主动释放了锁标记（模拟释放锁标记的过程），此时该线程将陷入无限期等待，代码永无止境的不能结束。

public class TestWaitNotify {
    public static void main(String[] args){
        Object o = new Object();
        MyThread myThread = new MyThread(o);
        myThread.start();
    }

}
class MyThread extends Thread{

    Object obj;

    public MyThread(Object obj) {
        this.obj = obj;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程启动");
        synchronized (obj){
            System.out.println("进入同步代码块");

            //主动释放obj锁标记，无限期等待
            try {
                obj.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("退出同步代码块");
        }
        System.out.println("线程结束");
    }
}

打印结果：

 因此当某个线程释放锁标记后，必须有另一个线程来通知该线程，否则该线程将一直处于阻塞状态。

主线程通知MyThread线程

public class TestWaitNotify {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object o = new Object();
        MyThread myThread = new MyThread(o);
        myThread.start();

        Thread.sleep(1000);

        synchronized (o){
            System.out.println("main函数进入同步代码块");
            o.notify();//从那些因为o对象而进入无限期等待的线程中，通知一个 并执行完该线程
            System.out.println("main函数退出同步代码块");
        }
    }

}
class MyThread extends Thread{

    Object obj;

    public MyThread(Object obj) {
        this.obj = obj;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程启动");
        synchronized (obj){
            System.out.println("进入同步代码块");

            //主动释放obj锁标记，无限期等待
            try {
                obj.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("退出同步代码块");
        }
        System.out.println("线程结束");
    }
}

打印结果：

 因为此时主线程对o对象加锁并调用了notify()方法，因此MyThread线程停止了无限期等待，进而执行完毕，那如果多个线程呢？主线程该通知谁呢？

主线程通知哪个线程？

public class TestWaitNotify {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object o = new Object();
        MyThread myThread1 = new MyThread(o);
        MyThread myThread2 = new MyThread(o);
        myThread1.start();
        myThread2.start();

        Thread.sleep(1000);

        synchronized (o){
            System.out.println("main函数进入同步代码块");
            o.notify();//从那些因为o对象而进入无限期等待的线程中，通知一个 并执行完该线程
            System.out.println("main函数退出同步代码块");
        }
    }

}
class MyThread extends Thread{

    Object obj;

    public MyThread(Object obj) {
        this.obj = obj;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程启动");
        synchronized (obj){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"进入同步代码块");

            //主动释放obj锁标记，无限期等待
            try {
                obj.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"退出同步代码块");
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程结束");
    }
}

 显然主线程将锁标记拿出来之后，通知其中一个线程，因此谁拿到锁标记，谁将会执行完毕，而此时，名字为“THread-1”的线程，因为没有拿到主线程的锁锁标记，将陷入无限期等待。

如果将主函数中的同步代码块中的notify()方法改为notifyAll()方法呢？

        synchronized (o){
            System.out.println("main函数进入同步代码块");
            o.notifyAll();
            System.out.println("main函数退出同步代码块");
        }

打印结果：
代码执行完毕

 但是，此时Thread-0和Thread-1，谁先执行完毕取决于锁标记的竞争结果，谁竞争到锁标记，谁将会优先执行，上述打印结果，显然Thread-1优先拿到锁标记，然后Thread-0等待Thread-1只想完毕后释放锁标记，然后本线程实行完毕；