如何防止同步方法中的死锁？

Question

在下面的代码中有可能进入类似于这个问题“Deadlocks and Synchronized methods”的死锁，现在我明白为什么两个线程进入死锁，但是当我执行代码时，线程总是进入死锁，所以：

1 - 什么时候在此代码中不可能出现死锁？

2 - 如何防止它发生？

我试过像这样使用 wait() 和 notifyAll() :

wait()
waver.waveBack(this)

然后在 waveBack() 中调用 notifyAll()，但它不起作用，我错过了什么或误解了什么？

package mainApp;

public class Wave {

    static class Friend {

        private final String name;

        public Friend(String name) {
            this.name = name;
        }

        public String getName() {
            return this.name;
        }

        public synchronized void wave(Friend waver) {
            String tmpname = waver.getName();
            System.out.printf("%s : %s has waved to me!%n", this.name, tmpname);
            waver.waveBack(this);
        }

        public synchronized void waveBack(Friend waver) {
            String tmpname = waver.getName();
            System.out.printf("%s : %s has waved back to me!%n", this.name, tmpname);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        final Friend friendA = new Friend("FriendA");
        final Friend friendB = new Friend("FriendB");
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                friendA.wave(friendB);
            }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                friendB.wave(friendA);
            }
        }).start();
    }

}

Answer 1

在这种情况下，只要在持有锁的同时不调用其他可能需要锁的方法即可。这确保了总是有一个方法可以获取锁并可以取得进展的时刻。

在 waver.waveBack(this) 之前调用 wait() 会导致先有鸡还是先有蛋的问题：waveBack(this) 永远不会被调用，因为线程在 wait() 语句处停止执行，因此 notifyAll() 永远不会调用继续执行。

在示例的上下文中有多种方法可以防止死锁，但让我们按照 sarnold 在您链接的问题 answer 的评论之一中提出的建议。换句话说 sarnold："it is usually easier to reason about locks on data".

让我们假设同步方法是同步的，以确保状态更新的一致性（即一些变量需要更新，但在任何给定时间只有一个线程可以修改这些变量）。例如，让我们记录发送的波数和接收的波数。下面的可运行代码应该证明这一点：

import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.IntStream;

public class Wave {

    static class Waves {

        final Map<Friend, Integer> send = new HashMap<>();
        final Map<Friend, Integer> received = new HashMap<>();

        void addSend(Friend f) {
            add(f, send);
        }
        void addReceived(Friend f) {
            add(f, received);
        }
        void add(Friend f, Map<Friend, Integer> m) {
            m.merge(f, 1, (i, j) -> i + j);
        }
    }

    static class Friend {

        final String name;

        public Friend(String name) {
            this.name = name;
        }

        final Waves waves = new Waves();

        void wave(Friend friend) {

            if (friend == this) {
                return; // can't wave to self.
            }
            synchronized(waves) {
                waves.addSend(friend);
            }
            friend.waveBack(this); // outside of synchronized block to prevent deadlock
        }

        void waveBack(Friend friend) {

            synchronized(waves) {
                waves.addReceived(friend);
            }
        }

        String waves(boolean send) {

            synchronized(waves) {
                Map<Friend, Integer> m = (send ? waves.send : waves.received);
                return m.keySet().stream().map(f -> f.name + " : " + m.get(f))
                        .sorted().collect(Collectors.toList()).toString();
            }
        }

        @Override
        public String toString() {
            return name + ": " + waves(true) + " / " + waves(false);
        }
    }

    final static int maxThreads = 4;
    final static int maxFriends = 4;
    final static int maxWaves = 50_000;

    public static void main(String[] args) {

        try {
            List<Friend> friends = IntStream.range(0, maxFriends)
                    .mapToObj(i -> new Friend("F_" + i)).collect(Collectors.toList());
            ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(maxThreads);
            Random random = new Random();
            List<Future<?>> requests = IntStream.range(0, maxWaves)
                    .mapToObj(i -> executor.submit(() -> 
                        friends.get(random.nextInt(maxFriends))
                            .wave(friends.get(random.nextInt(maxFriends)))
                        )
                    ).collect(Collectors.toList());
            requests.stream().forEach(f -> 
                { try { f.get(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } }
            );
            executor.shutdownNow();
            System.out.println("Friend: waves send / waves received");
            friends.stream().forEachOrdered(p -> System.out.println(p));
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

如何防止同步方法中的死锁？

How to prevent deadlocks in synchronized methods?

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