每日一技|活锁，也许你需要了解一下
- 2020 年 2 月 26 日
- 笔记
前两天看极客时间 Java 并发课程的时候，刷到一个概念：活锁。死锁，倒是不陌生，活锁却是第一次听到。
在介绍活锁之前,我们先来复习一下死锁。下面的例子模拟一个转账业务，多线程环境，为了账户金额安全，对账户进行了加锁。
public class Account { public Account(int balance, String card) { this.balance = balance; this.card = card; } private int balance; private String card; public void addMoney(int amount) { balance += amount; } // 省略 get set 方法 } public class AccountDeadLock { public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException { // 模拟正常的前置业务 TimeUnit.SECONDS.sleep(1); synchronized (from) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock from account " + from.getCard()); synchronized (to) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock to account " + to.getCard()); // 转出账号扣钱 from.addMoney(-amount); // 转入账号加钱 to.addMoney(amount); } } System.out.println("transfer success"); } public static void main(String[] args) { Account from = new Account(100, "6000001"); Account to = new Account(100, "6000002"); ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2); // 线程 1 threadPool.execute(() -> { try { transfer(from, to, 50); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); // 线程 2 threadPool.execute(() -> { try { transfer(to, from, 30); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); } }
上述例子中，当两个线程进入转账方法，线程 1 获取账户 6000001 这把锁，线程 2 锁住了账户 6000002 锁。
接着当线程 1 想去获取 6000002 的锁时，由于这把锁已经被线程 2 持有，线程 1 将会陷入阻塞，线程状态转为 BLOCKED。同理，线程 2 也是同样状态。
pool-1-thread-1 lock from account 6000001 pool-1-thread-2 lock from account 6000002
通过日志，可以看到两个线程开始转账方法之后，就陷入等待。
synchronized获取不到锁就会阻塞，进行等待。既然这样，我们可以使用 ReentrantLock#tryLock(long timeout, TimeUnit unit)进行改造。tryLock若能获取锁，将会返回 true，若不能获取锁将会进行等待，直到满足下列条件：
- 超时时间内获取到了锁，返回
true - 超时时间内未获取到锁，返回
false - 中断，抛出异常
改造后代码如下：
public class Account { public Account(int balance, String card) { this.balance = balance; this.card = card; } private int balance; private String card; public void addMoney(int amount) { balance += amount; } // 省略 get set 方法 } public class AccountLiveLock { public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException { // 模拟正常的前置业务 TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 保证转账一定成功 while (true) { if (from.lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock from account " + from.getCard()); if (to.lock.tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock to account " + to.getCard()); // 转出账号扣钱 from.addMoney(-amount); // 转入账号加钱 to.addMoney(amount); break; } finally { to.lock.unlock(); } } } finally { from.lock.unlock(); } } } System.out.println("transfer success"); } public static void main(String[] args) { Account from = new Account(100, "A"); Account to = new Account(100, "B"); ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2); // 线程 1 threadPool.execute(() -> { try { transfer(from, to, 50); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); // 线程 2 threadPool.execute(() -> { try { transfer(to, from, 30); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); } }
上面代码使用了 while(true)，获取锁失败，不断重试，直到成功。运行这个方法，运气好点，一把就能成功，运气不好，就会如下：
pool-1-thread-1 lock from account 6000001 pool-1-thread-2 lock from account 6000002 pool-1-thread-2 lock from account 6000002 pool-1-thread-1 lock from account 6000001 pool-1-thread-1 lock from account 6000001 pool-1-thread-2 lock from account 6000002
transfer 方法一直在运行，但是最终却得不到成功结果，这就是个活锁的例子。
死锁将会造成线程阻塞，程序看起来就像陷入假死一样。就像路上碰到人，你盯着我，我盯着你，互相等待对方让道，最后谁也过不去。
你愁啥？瞅你咋啦？
而活锁不一样，线程不断重复同样的操作，但也却执行不成功。还拿上面举例，这次你往左一步，他往右边一步，巧了，又碰上。然后不断循环，最后还是谁也过不去。
图片来源：知乎
分析死锁这个例子，两个线程获取的锁的顺序不一致，最后导致互相需要对方手中的锁。如果两个线程加锁顺序一致，所需条件就会一样，势必就不会产生死锁了。
我们以卡号大小为顺序，每次都给卡号比较大的账户先加锁，这样就可以解决死锁问题，代码修改如下：
// 其他代码不变 public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException { // 模拟正常的前置业务 TimeUnit.SECONDS.sleep(1); Account maxAccount=from; Account minAccount=to; if(Long.parseLong(from.getCard())<Long.parseLong(to.getCard())){ maxAccount=to; minAccount=from; } synchronized (maxAccount) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock account " + maxAccount.getCard()); synchronized (minAccount) { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock account " + minAccount.getCard()); // 转出账号扣钱 from.addMoney(-amount); // 转入账号加钱 to.addMoney(amount); } } System.out.println("transfer success"); }
对于活锁的例子，存在两个问题：
一是锁的锁超时时间都一样，导致两个线程几乎同时释放锁，重试时又同时上锁，然后陷入死循环。解决这个问题，我们可以使超时时间不一样，引入一定的随机性。
二是这里使用 while(true),实际开发中万万不能这么玩。这种情况我们需要设置最大的重试次数。
画外音：如果重试这么多次，一直不成功，但是业务却想成功。现在不成功，不要傻着一直试，先放下，记录下来，待会再重试补偿呗~
活锁的代码可以改成如下：
public static final int MAX_TIME = 5; public static void transfer(Account from, Account to, int amount) throws InterruptedException { // 模拟正常的前置业务 TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // 保证转账一定成功 Random random = new Random(); int retryTimes = 0; boolean flag=false; while (retryTimes++ < MAX_TIME) { // 等待时间随机 if (from.lock.tryLock(random.nextInt(1000), TimeUnit.MILLISECONDS)) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock from account " + from.getCard()); if (to.lock.tryLock(random.nextInt(1000), TimeUnit.MILLISECONDS)) { try { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " lock to account " + to.getCard()); // 转出账号扣钱 from.addMoney(-amount); // 转入账号加钱 to.addMoney(amount); flag=true; break; } finally { to.lock.unlock(); } } } finally { from.lock.unlock(); } } } if(flag){ System.out.println("transfer success"); }else { System.out.println("transfer failed"); } }
总结
死锁是日常开发中比较容易碰到的情况，我们需要小心，注意加锁的顺序。活锁，碰到情况可能不常见，本质上我们只需要注意设置最大的重试次数，就不会永远陷入一直重试中。
参考链接
http://c.biancheng.net/view/4786.html
https://www.javazhiyin.com/43117.html
本文转载自公众号：楼下小黑哥
