原文链接 作者:Jakob Jenkov
译者:余绍亮 校对:丁一
嵌套管程锁死类似于死锁, 下面是一个嵌套管程锁死的场景:
线程1获得A对象的锁。 线程1获得对象B的锁(同时持有对象A的锁)。 线程1决定等待另一个线程的信号再继续。 线程1调用B.wait(),从而释放了B对象上的锁,但仍然持有对象A的锁。 线程2需要同时持有对象A和对象B的锁,才能向线程1发信号。 线程2无法获得对象A上的锁,因为对象A上的锁当前正被线程1持有。 线程2一直被阻塞,等待线程1释放对象A上的锁。 线程1一直阻塞,等待线程2的信号,因此,不会释放对象A上的锁, 而线程2需要对象A上的锁才能给线程1发信号……
你可以能会说,这是个空想的场景,好吧,让我们来看看下面这个比较挫的Lock实现:
01 //lock implementation with nested monitor lockout problem
02 public class Lock{
03 protected MonitorObject monitorObject = new MonitorObject();
04 protected boolean isLocked = false;
05
06 public void lock() throws InterruptedException{
07 synchronized(this){
08 while(isLocked){
09 synchronized(this.monitorObject){
10 this.monitorObject.wait();
11 }
12 }
13 isLocked = true;
14 }
15 }
16
17 public void unlock(){
18 synchronized(this){
19 this.isLocked = false;
20 synchronized(this.monitorObject){
21 this.monitorObject.notify();
22 }
23 }
24 }
25 }
可以看到,lock()方法首先在”this”上同步,然后在monitorObject上同步。如果isLocked等于false,因为线程不会继续调用monitorObject.wait(),那么一切都没有问题 。但是如果isLocked等于true,调用lock()方法的线程会在monitorObject.wait()上阻塞。
这里的问题在于,调用monitorObject.wait()方法只释放了monitorObject上的管程对象,而与”this“关联的管程对象并没有释放。换句话说,这个刚被阻塞的线程仍然持有”this”上的锁。
(校对注:如果一个线程持有这种Lock的时候另一个线程执行了lock操作)当一个已经持有这种Lock的线程想调用unlock(),就会在unlock()方法进入synchronized(this)块时阻塞。这会一直阻塞到在lock()方法中等待的线程离开synchronized(this)块。但是,在unlock中isLocked变为false,monitorObject.notify()被执行之后,lock()中等待的线程才会离开synchronized(this)块。
简而言之,在lock方法中等待的线程需要其它线程成功调用unlock方法来退出lock方法,但是,在lock()方法离开外层同步块之前,没有线程能成功执行unlock()。
结果就是,任何调用lock方法或unlock方法的线程都会一直阻塞。这就是嵌套管程锁死。
一个更现实的例子
你可能会说,这么挫的实现方式我怎么可能会做呢?你或许不会在里层的管程对象上调用wait或notify方法,但完全有可能会在外层的this上调。
有很多类似上面例子的情况。例如,如果你准备实现一个公平锁。你可能希望每个线程在它们各自的QueueObject上调用wait(),这样就可以每次唤醒一个线程。
下面是一个比较挫的公平锁实现方式:
01 //Fair Lock implementation with nested monitor lockout problem
02 public class FairLock {
03 private boolean isLocked = false;
04 private Thread lockingThread = null;
05 private List waitingThreads =
06 new ArrayList();
07
08 public void lock() throws InterruptedException{
09 QueueObject queueObject = new QueueObject();
10
11 synchronized(this){
12 waitingThreads.add(queueObject);
13
14 while(isLocked ||
15 waitingThreads.get(0) != queueObject){
16
17 synchronized(queueObject){
18 try{
19 queueObject.wait();
20 }catch(InterruptedException e){
21 waitingThreads.remove(queueObject);
22 throw e;
23 }
24 }
25 }
26 waitingThreads.remove(queueObject);
27 isLocked = true;
28 lockingThread = Thread.currentThread();
29 }
30 }
31
32 public synchronized void unlock(){
33 if(this.lockingThread != Thread.currentThread()){
34 throw new IllegalMonitorStateException(
35 "Calling thread has not locked this lock");
36 }
37 isLocked = false;
38 lockingThread = null;
39 if(waitingThreads.size() > 0){
40 QueueObject queueObject = waitingThread.get(0);
41 synchronized(queueObject){
42 queueObject.notify();
43 }
44 }
45 }
46 }
1 public class QueueObject {}
乍看之下,嗯,很好,但是请注意lock方法是怎么调用queueObject.wait()的,在方法内部有两个synchronized块,一个锁定this,一个嵌在上一个synchronized块内部,它锁定的是局部变量queueObject。
当一个线程调用queueObject.wait()方法的时候,它仅仅释放的是在queueObject对象实例的锁,并没有释放”this”上面的锁。
现在我们还有一个地方需要特别注意, unlock方法被声明成了synchronized,这就相当于一个synchronized(this)块。这就意味着,如果一个线程在lock()中等待,该线程将持有与this关联的管程对象。所有调用unlock()的线程将会一直保持阻塞,等待着前面那个已经获得this锁的线程释放this锁,但这永远也发生不了,因为只有某个线程成功地给lock()中等待的线程发送了信号,this上的锁才会释放,但只有执行unlock()方法才会发送这个信号。
因此,上面的公平锁的实现会导致嵌套管程锁死。更好的公平锁实现方式可以参考Starvation and Fairness。
嵌套管程锁死 VS 死锁
嵌套管程锁死与死锁很像:都是线程最后被一直阻塞着互相等待。
但是两者又不完全相同。在死锁中我们已经对死锁有了个大概的解释,死锁通常是因为两个线程获取锁的顺序不一致造成的,线程1锁住A,等待获取B,线程2已经获取了B,再等待获取A。如死锁避免中所说的,死锁可以通过总是以相同的顺序获取锁来避免。
但是发生嵌套管程锁死时锁获取的顺序是一致的。线程1获得A和B,然后释放B,等待线程2的信号。线程2需要同时获得A和B,才能向线程1发送信号。所以,一个线程在等待唤醒,另一个线程在等待想要的锁被释放。
不同点归纳如下:
死锁中,二个线程都在等待对方释放锁。 嵌套管程锁死中,线程1持有锁A,同时等待从线程2发来的信号,线程2需要锁A来发信号给线程1。
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