多线程Java程序中常见错误的巧处理

作者：俞良松

　　在几乎所有编程语言中，由于多线程引发的错误都有着难以再现的特点，程序的死锁或其它多线程错误可能只在某些特殊的情形下才出现，或在不同的VM上运行同一个程序时错误表现不同。因此，在编写多线程程序时，事先认识和防范可能出现的错误特别重要。

　　无论是客户端还是服务器端多线程Java程序，最常见的多线程问题包括死锁、隐性死锁和数据竞争。

　　死锁

　　死锁是这样一种情形：多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。

　　导致死锁的根源在于不适当地运用“synchronized”关键词来管理线程对特定对象的访问。“synchronized”关键词的作用是，确保在某个时刻只有一个线程被允许执行特定的代码块，因此，被允许执行的线程首先必须拥有对变量或对象的排他性的访问权。当线程访问对象时，线程会给对象加锁，而这个锁导致其它也想访问同一对象的线程被阻塞，直至第一个线程释放它加在对象上的锁。

　　由于这个原因，在使用“synchronized”关键词时，很容易出现两个线程互相等待对方做出某个动作的情形。代码一是一个导致死锁的简单例子。

//代码一
class Deadlocker {
int field_1;
private Object lock_1 = new int;
int field_2;
private Object lock_2 = new int;

public void method1(int value) {
  “synchronized” (lock_1) {
   “synchronized” (lock_2) {
    field_1 = 0; field_2 = 0;
   }
  }
}

public void method2(int value) {
  “synchronized” (lock_2) {
   “synchronized” (lock_1) {
    field_1 = 0; field_2 = 0;
   }
  }
}
}



　　参考代码一，考虑下面的过程：

　　◆　一个线程（ThreadA）调用method1()。

　　◆　ThreadA在lock_1上同步，但允许被抢先执行。

　　◆　另一个线程（ThreadB）开始执行。

　　◆　ThreadB调用method2()。

　　◆　ThreadB获得lock_2，继续执行，企图获得lock_1。但ThreadB不能获得lock_1，因为ThreadA占有lock_1。

　　◆　现在，ThreadB阻塞，因为它在等待ThreadA释放lock_1。

　　◆　现在轮到ThreadA继续执行。ThreadA试图获得lock_2，但不能成功，因为lock_2已经被ThreadB占有了。

　　◆　ThreadA和ThreadB都被阻塞，程序死锁。

　　当然，大多数的死锁不会这么显而易见，需要仔细分析代码才能看出，对于规模较大的多线程程序来说尤其如此。好的线程分析工具，例如JProbe Threadalyzer能够分析死锁并指出产生问题的代码位置。

　　隐性死锁

　　隐性死锁由于不规范的编程方式引起，但不一定每次测试运行时都会出现程序死锁的情形。由于这个原因，一些隐性死锁可能要到应用正式发布之后才会被发现，因此它的危害性比普通死锁更大。下面介绍两种导致隐性死锁的情况：加锁次序和占有并等待。

　　加锁次序

　　当多个并发的线程分别试图同时占有两个锁时，会出现加锁次序冲突的情形。如果一个线程占有了另一个线程必需的锁，就有可能出现死锁。考虑下面的情形，ThreadA和ThreadB两个线程分别需要同时拥有lock_1、lock_2两个锁，加锁过程可能如下：

　　◆　ThreadA获得lock_1;

　　◆　ThreadA被抢占，VM调度程序转到ThreadB;

　　◆　ThreadB获得lock_2;

　　◆　ThreadB被抢占，VM调度程序转到ThreadA;

　　◆　ThreadA试图获得lock_2，但lock_2被ThreadB占有，所以ThreadA阻塞;

　　◆　调度程序转到ThreadB;

　　◆　ThreadB试图获得lock_1，但lock_1被ThreadA占有，所以ThreadB阻塞