Java并发学习三：银行转账的死锁问题解决及示例

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今天在学习极客时间专栏：《Java并发编程实战》
从03 | 互斥锁（上）：解决原子性问题到06 | 用“等待-通知”机制优化循环等待。

课程主要用银行转账作为解决死锁的例子。

在转账过程中需要2把锁，一个锁锁住转出账户的余额，一把锁锁住转入账户的余额。但加锁的先后顺序会使程序产生死锁。

有以下这四个条件都发生时才会出现死锁：
1.互斥，共享资源 X 和 Y 只能被一个线程占用；
2.占有且等待，线程 T1 已经取得共享资源 X，在等待共享资源 Y 的时候，不释放共享资源 X；
3.不可抢占，其他线程不能强行抢占线程 T1 占有的资源；
4.循环等待，线程 T1 等待线程 T2 占有的资源，线程 T2 等待线程 T1 占有的资源，就是循环等待。

我们选择破坏占有且等待这个条件使死锁失效。“同时申请”这个操作是一个临界区，我们也需要一个角色（Java 里面的类）来管理这个临界区，我们就把这个角色定为 Allocator。它有两个重要功能，分别是：同时申请资源 apply() 和同时释放资源 free()。账户 Account 类里面持有一个 Allocator 的单例（必须是单例，只能由一个人来分配资源）

现在有了另外一个问题，获取锁失败的线程应该怎么做，常见的做法有：
1.死循环尝试获取锁
2.轮询
3.进入阻塞状态，等待通知。

最好的办法自然是进入阻塞状态，等待通知。Java提供函数wait，notify，notifyAll。

所以完善后的完整测试代码如下：

import java.util.*;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
import static java.lang.System.exit;//相当于临界区，规避死锁
class Allocator {//单例设计模式的饿汉式static private final Allocator instance = new Allocator();private Set<Object> res = new HashSet<>();public static Allocator getInstance() {return instance;}public synchronized void getLock(Object from, Object to) {while (res.contains(from) || res.contains(to)) {try {//将不满足条件的线程阻塞，加入等待的队列wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}res.add(from);res.add(to);}public synchronized void releaseLock(Object from, Object to) {res.remove(from);res.remove(to);//唤醒队列中所有等待的线程notifyAll();}
}class Account {private Integer balance;private Integer id;Account(Integer id) {this.id = id;balance = 100;}public Integer getBalance() {return balance;}public void setBalance(Integer balance) {this.balance = balance;}@Overridepublic String toString() {return "账号id " + id.toString() + "  余额 ￥" + balance.toString() + " ";}//转账public void transactionToTarget(Integer money, Account target) {//获取锁Allocator.getInstance().getLock(this, target);System.out.println("转账开始--转出账号：" + this.toString() + "|转入账号：" + target.toString());if (this.balance - money >= 0) {this.balance -= money;target.setBalance(target.getBalance() + money);System.out.println("转账成功--转出账号：" + this.toString() + "|转入账号：" + target.toString());} else {System.out.println("转账失败--转出账号：" + this.toString() + "|想转金额：￥" + money.toString());}//释放锁Allocator.getInstance().releaseLock(this, target);}
}public class Test {static private List<Account> testAccount = new ArrayList<>();static final int testAccountNumber = 100;static final int testThreadNumber = 1000;static final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(testThreadNumber);static public void test() {testAccount.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(testAccountNumber)).transactionToTarget(ThreadLocalRandom.current().nextInt(100),testAccount.get(ThreadLocalRandom.current().nextInt(testAccountNumber)));countDownLatch.countDown();}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {for (int i = 0; i < testAccountNumber; i++) {testAccount.add(new Account(i));}for (int i = 0; i < testThreadNumber; i++) {new Thread(Test::test).start();}countDownLatch.await();long totalNumber = 0;for (Account i : testAccount) {if (i.getBalance() < 0) {System.out.println("余额小于0： " + i.toString());exit(-1);}totalNumber += i.getBalance();}System.out.println("总余额： " + totalNumber);}
}

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