Хороший пример livelock?

Я понимаю, что такое livelock, но мне было интересно, есть ли у кого хороший пример на основе кода? И с помощью кода я не означает "два человека, пытающихся пройти друг в друга в коридоре". Если я снова прочту это, я потеряю обед.

Ответ 1

Вот очень простой пример Java livelock, где муж и жена пытаются съесть суп, но есть только одна ложка между ними. Каждый супруг слишком вежлив и пропустит ложку, если другой еще не съел.

public class Livelock {
    static class Spoon {
        private Diner owner;
        public Spoon(Diner d) { owner = d; }
        public Diner getOwner() { return owner; }
        public synchronized void setOwner(Diner d) { owner = d; }
        public synchronized void use() { 
            System.out.printf("%s has eaten!", owner.name); 
        }
    }

    static class Diner {
        private String name;
        private boolean isHungry;

        public Diner(String n) { name = n; isHungry = true; }       
        public String getName() { return name; }
        public boolean isHungry() { return isHungry; }

        public void eatWith(Spoon spoon, Diner spouse) {
            while (isHungry) {
                // Don't have the spoon, so wait patiently for spouse.
                if (spoon.owner != this) {
                    try { Thread.sleep(1); } 
                    catch(InterruptedException e) { continue; }
                    continue;
                }                       

                // If spouse is hungry, insist upon passing the spoon.
                if (spouse.isHungry()) {                    
                    System.out.printf(
                        "%s: You eat first my darling %s!%n", 
                        name, spouse.getName());
                    spoon.setOwner(spouse);
                    continue;
                }

                // Spouse wasn't hungry, so finally eat
                spoon.use();
                isHungry = false;               
                System.out.printf(
                    "%s: I am stuffed, my darling %s!%n", 
                    name, spouse.getName());                
                spoon.setOwner(spouse);
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        final Diner husband = new Diner("Bob");
        final Diner wife = new Diner("Alice");

        final Spoon s = new Spoon(husband);

        new Thread(new Runnable() { 
            public void run() { husband.eatWith(s, wife); }   
        }).start();

        new Thread(new Runnable() { 
            public void run() { wife.eatWith(s, husband); } 
        }).start();
    }
}

Ответ 2

Отсканированные комментарии в сторону, один пример, который, как известно, появляется в коде, который пытается обнаружить и обрабатывать ситуации взаимоблокировки. Если два потока обнаруживают тупик и пытаются "отойти в сторону" друг для друга, не заботясь, они в конечном итоге застревают в цикле, всегда "отступая" и никогда не смогут двигаться вперед.

Под "шагом в сторону" я подразумеваю, что они освободят замок и попытаются позволить другому его получить. Мы могли бы представить ситуацию с двумя потоками, выполняющими это (псевдокод):

// thread 1
getLocks12(lock1, lock2)
{
  lock1.lock();
  while (lock2.locked())
  {
    // attempt to step aside for the other thread
    lock1.unlock();
    wait();
    lock1.lock();
  }
  lock2.lock();
}

// thread 2
getLocks21(lock1, lock2)
{
  lock2.lock();
  while (lock1.locked())
  {
    // attempt to step aside for the other thread
    lock2.unlock();
    wait();
    lock2.lock();
  }
  lock1.lock();
}

Условия гонки в стороне, то, что мы имеем здесь, является ситуацией, когда оба потока, если они войдут одновременно, будут работать во внутреннем цикле без продолжения. Очевидно, это упрощенный пример. Наивное исправление заключалось бы в том, чтобы поставить какую-то случайность в течение времени, в течение которого потоки будут ждать.

Правильное исправление - всегда уважать блокировку иерархии. Выберите заказ, в котором вы приобретаете замки и придерживаетесь этого. Например, если оба потока всегда получают lock1 перед блокировкой2, тогда нет возможности блокировки.

Ответ 3

Как нет ответа, отмеченного как принятый ответ, я попытался создать пример live lock,

Оригинальная программа была написана мной в апреле 2012 года, чтобы изучить различные концепции многопоточности. На этот раз я изменил его, чтобы создать тупик, состояние гонки, livelock и т.д.

Итак, сначала дайте понять утверждение проблемы;

Проблема с Cookie Maker

Есть несколько контейнеров для ингредиентов: ChocoPowederContainer, WheatPowderContainer. CookieMaker берет некоторое количество порошка из контейнеров ингредиентов, чтобы выпекать Cookie. Если создатель cookie находит контейнер пустым, он проверяет наличие другого контейнера, чтобы сэкономить время. И ждет, пока Filler не заполнит необходимый контейнер. Существует Filler, который проверяет контейнер на регулярном интервале и заполняет некоторое количество, если контейнер нуждается в нем.

Пожалуйста, проверьте полный код на github;

Позвольте мне кратко объяснить вам реализацию.

  • Я запускаю Filler как поток демона. Поэтому он будет регулярно заполнять контейнеры. Чтобы сначала заполнить контейнер, он блокирует контейнер → проверьте, нужен ли ему какой-то порошок → заполняет его → сигнализирует всем производителям, которые его ждут → разблокировать контейнер.
  • Я создаю CookieMaker и устанавливаю, что он может испечь до 8 файлов cookie параллельно. И я запускаю 8 потоков, чтобы выпекать файлы cookie.
  • Каждый поток создателей создает 2 вызываемых подзадача для приема порошка из контейнеров. Подлинная
  • берет блокировку на контейнере и проверяет наличие у нее достаточного количества порошка. Если нет, подождите некоторое время. Когда Filler заполняет контейнер, он принимает порошок и разблокирует контейнер.
  • Теперь он выполняет другие действия, такие как: приготовление смеси и выпечка и т.д.

Давайте посмотрим в коде:

CookieMaker.java

private Integer getMaterial(final Ingredient ingredient) throws Exception{
        :
        container.lock();
        while (!container.getIngredient(quantity)) {
            container.empty.await(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
            //Thread.sleep(500); //For deadlock
        }
        container.unlock();
        :
}

IngredientContainer.java

public boolean getIngredient(int n) throws Exception {
    :
    lock();
    if (quantityHeld >= n) {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        quantityHeld -= n;
        unlock();
        return true;
    }
    unlock();
    return false;
}

Все работает нормально, пока Filler не заполнит контейнеры. Но если я забыл запустить наполнитель, или наполнитель отправляется в неожиданный отпуск, подпотоки продолжают менять свои состояния, чтобы другой производитель мог пойти и проверить контейнер.

Я также создал демона ThreadTracer, который отслеживает состояния потоков и взаимоблокировки. Это вывод из консоли;

2016-09-12 21:31:45.065 :: [Maker_0:WAITING, Maker_1:WAITING, Maker_2:WAITING, Maker_3:WAITING, Maker_4:WAITING, Maker_5:WAITING, Maker_6:WAITING, Maker_7:WAITING, pool-7-thread-1:TIMED_WAITING, pool-7-thread-2:TIMED_WAITING, pool-8-thread-1:TIMED_WAITING, pool-8-thread-2:TIMED_WAITING, pool-6-thread-1:TIMED_WAITING, pool-6-thread-2:TIMED_WAITING, pool-5-thread-1:TIMED_WAITING, pool-5-thread-2:TIMED_WAITING, pool-1-thread-1:TIMED_WAITING, pool-3-thread-1:TIMED_WAITING, pool-2-thread-1:TIMED_WAITING, pool-1-thread-2:TIMED_WAITING, pool-4-thread-1:TIMED_WAITING, pool-4-thread-2:RUNNABLE, pool-3-thread-2:TIMED_WAITING, pool-2-thread-2:TIMED_WAITING]
2016-09-12 21:31:45.065 :: [Maker_0:WAITING, Maker_1:WAITING, Maker_2:WAITING, Maker_3:WAITING, Maker_4:WAITING, Maker_5:WAITING, Maker_6:WAITING, Maker_7:WAITING, pool-7-thread-1:TIMED_WAITING, pool-7-thread-2:TIMED_WAITING, pool-8-thread-1:TIMED_WAITING, pool-8-thread-2:TIMED_WAITING, pool-6-thread-1:TIMED_WAITING, pool-6-thread-2:TIMED_WAITING, pool-5-thread-1:TIMED_WAITING, pool-5-thread-2:TIMED_WAITING, pool-1-thread-1:TIMED_WAITING, pool-3-thread-1:TIMED_WAITING, pool-2-thread-1:TIMED_WAITING, pool-1-thread-2:TIMED_WAITING, pool-4-thread-1:TIMED_WAITING, pool-4-thread-2:TIMED_WAITING, pool-3-thread-2:TIMED_WAITING, pool-2-thread-2:TIMED_WAITING]
WheatPowder Container has 0 only.
2016-09-12 21:31:45.082 :: [Maker_0:WAITING, Maker_1:WAITING, Maker_2:WAITING, Maker_3:WAITING, Maker_4:WAITING, Maker_5:WAITING, Maker_6:WAITING, Maker_7:WAITING, pool-7-thread-1:TIMED_WAITING, pool-7-thread-2:TIMED_WAITING, pool-8-thread-1:TIMED_WAITING, pool-8-thread-2:TIMED_WAITING, pool-6-thread-1:TIMED_WAITING, pool-6-thread-2:TIMED_WAITING, pool-5-thread-1:TIMED_WAITING, pool-5-thread-2:TIMED_WAITING, pool-1-thread-1:TIMED_WAITING, pool-3-thread-1:TIMED_WAITING, pool-2-thread-1:TIMED_WAITING, pool-1-thread-2:TIMED_WAITING, pool-4-thread-1:TIMED_WAITING, pool-4-thread-2:TIMED_WAITING, pool-3-thread-2:TIMED_WAITING, pool-2-thread-2:RUNNABLE]
2016-09-12 21:31:45.082 :: [Maker_0:WAITING, Maker_1:WAITING, Maker_2:WAITING, Maker_3:WAITING, Maker_4:WAITING, Maker_5:WAITING, Maker_6:WAITING, Maker_7:WAITING, pool-7-thread-1:TIMED_WAITING, pool-7-thread-2:TIMED_WAITING, pool-8-thread-1:TIMED_WAITING, pool-8-thread-2:TIMED_WAITING, pool-6-thread-1:TIMED_WAITING, pool-6-thread-2:TIMED_WAITING, pool-5-thread-1:TIMED_WAITING, pool-5-thread-2:TIMED_WAITING, pool-1-thread-1:TIMED_WAITING, pool-3-thread-1:TIMED_WAITING, pool-2-thread-1:TIMED_WAITING, pool-1-thread-2:TIMED_WAITING, pool-4-thread-1:TIMED_WAITING, pool-4-thread-2:TIMED_WAITING, pool-3-thread-2:TIMED_WAITING, pool-2-thread-2:TIMED_WAITING]

Вы заметите подпотоки и измените их состояния и ожидаете.

Ответ 4

Реальный пример (хотя и без точного кода) - это два конкурирующих процесса в режиме реального времени в попытке исправить тупик SQL-сервера, причем каждый процесс использует один и тот же алгоритм повторения ожидания для повторной попытки. Хотя это случайность, я видел это на разных машинах с аналогичными характеристиками производительности в ответ на сообщение, добавленное в тему EMS (например, сохранение обновления одного графика объекта более одного раза) и неспособность управлять порядок блокировки.

Хорошим решением в этом случае было бы иметь конкурирующих потребителей (предотвратите дублирование обработки как можно выше в цепочке, разделив работу на несвязанные объекты).

Менее желательным (нормально, грязно-взломать) решение состоит в том, чтобы заранее разорвать временную неудачу (разновидность силовых различий в обработке) или разбить ее после тупиковой ситуации, используя разные алгоритмы или некоторый элемент случайности. Это может все еще иметь проблемы, поскольку его возможный порядок блокировки является "липким" для каждого процесса, и для этого требуется некоторое минимальное время, не учитываемое при повторении ожидания.

Еще одно решение (по крайней мере для SQL Server) - попробовать другой уровень изоляции (например, моментальный снимок).

Ответ 5

Версия кода jelbourn для С#:

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace LiveLockExample
{
    static class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            var husband = new Diner("Bob");
            var wife = new Diner("Alice");

            var s = new Spoon(husband);

            Task.WaitAll(
                Task.Run(() => husband.EatWith(s, wife)),
                Task.Run(() => wife.EatWith(s, husband))
                );
        }

        public class Spoon
        {
            public Spoon(Diner diner)
            {
                Owner = diner;
            }


            public Diner Owner { get; private set; }

            [MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
            public void SetOwner(Diner d) { Owner = d; }

            [MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
            public void Use()
            {
                Console.WriteLine("{0} has eaten!", Owner.Name);
            }
        }

        public class Diner
        {
            public Diner(string n)
            {
                Name = n;
                IsHungry = true;
            }

            public string Name { get; private set; }

            private bool IsHungry { get; set; }

            public void EatWith(Spoon spoon, Diner spouse)
            {
                while (IsHungry)
                {
                    // Don't have the spoon, so wait patiently for spouse.
                    if (spoon.Owner != this)
                    {
                        try
                        {
                            Thread.Sleep(1);
                        }
                        catch (ThreadInterruptedException e)
                        {
                        }

                        continue;
                    }

                    // If spouse is hungry, insist upon passing the spoon.
                    if (spouse.IsHungry)
                    {
                        Console.WriteLine("{0}: You eat first my darling {1}!", Name, spouse.Name);
                        spoon.SetOwner(spouse);
                        continue;
                    }

                    // Spouse wasn't hungry, so finally eat
                    spoon.Use();
                    IsHungry = false;
                    Console.WriteLine("{0}: I am stuffed, my darling {1}!", Name, spouse.Name);
                    spoon.SetOwner(spouse);
                }
            }
        }
    }
}

Ответ 6

Одним из примеров здесь может быть использование timed tryLock для получения более одной блокировки, и если вы не можете их получить, отпустите и повторите попытку.

boolean tryLockAll(Collection<Lock> locks) {
  boolean grabbedAllLocks = false;
  for(int i=0; i<locks.size(); i++) {
    Lock lock = locks.get(i);
    if(!lock.tryLock(5, TimeUnit.SECONDS)) {
      grabbedAllLocks = false;

      // undo the locks I already took in reverse order
      for(int j=i-1; j >= 0; j--) {
        lock.unlock();
      }
    }
  }
}

Я мог представить, что такой код будет проблематичным, поскольку у вас много потоков, сталкивающихся и ожидающих получения набора блокировок. Но я не уверен, что это очень убедительно для меня, как простой пример.

Ответ 7

Я закодировал пример двух человек, проходящих в коридоре. Эти два потока будут избегать друг друга, как только они поймут, что их направления одинаковы.

public class LiveLock {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object left = new Object();
        Object right = new Object();
        Pedestrian one = new Pedestrian(left, right, 0); //one left is one left
        Pedestrian two = new Pedestrian(right, left, 1); //one left is two right, so have to swap order
        one.setOther(two);
        two.setOther(one);
        one.start();
        two.start();
    }
}

class Pedestrian extends Thread {
    private Object l;
    private Object r;
    private Pedestrian other;
    private Object current;

    Pedestrian (Object left, Object right, int firstDirection) {
        l = left;
        r = right;
        if (firstDirection==0) {
            current = l;
        }
        else {
            current = r;
        }
    }

    void setOther(Pedestrian otherP) {
        other = otherP;
    }

    Object getDirection() {
        return current;
    }

    Object getOppositeDirection() {
        if (current.equals(l)) {
            return r;
        }
        else {
            return l;
        }
    }

    void switchDirection() throws InterruptedException {
        Thread.sleep(100);
        current = getOppositeDirection();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is stepping aside.");
    }

    public void run() {
        while (getDirection().equals(other.getDirection())) {
            try {
                switchDirection();
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {}
        }
    }
} 

Ответ 8

Версия кода jelbourn для Python:

import threading
import time
lock = threading.Lock()

class Spoon:
    def __init__(self, diner):
        self.owner = diner

    def setOwner(self, diner):
        with lock:
            self.owner = diner

    def use(self):
        with lock:
            "{0} has eaten".format(self.owner)

class Diner:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.hungry = True

    def eatsWith(self, spoon, spouse):
        while(self.hungry):
            if self != spoon.owner:
                time.sleep(1) # blocks thread, not process
                continue

            if spouse.hungry:
                print "{0}: you eat first, {1}".format(self.name, spouse.name)
                spoon.setOwner(spouse)
                continue

            # Spouse was not hungry, eat
            spoon.use()
            print "{0}: I'm stuffed, {1}".format(self.name, spouse.name)
            spoon.setOwner(spouse)

def main():
    husband = Diner("Bob")
    wife = Diner("Alice")
    spoon = Spoon(husband)

    t0 = threading.Thread(target=husband.eatsWith, args=(spoon, wife))
    t1 = threading.Thread(target=wife.eatsWith, args=(spoon, husband))
    t0.start()
    t1.start()
    t0.join()
    t1.join()

if __name__ == "__main__":
    main()

Ответ 9

Я изменяю ответ @jelbourn. Когда один из них замечает, что другой голоден, он (она) должен освободить ложку и ждать другого уведомления, поэтому происходит оживление.

public class LiveLock {
    static class Spoon {
        Diner owner;

        public String getOwnerName() {
            return owner.getName();
        }

        public void setOwner(Diner diner) {
            this.owner = diner;
        }

        public Spoon(Diner diner) {
            this.owner = diner;
        }

        public void use() {
            System.out.println(owner.getName() + " use this spoon and finish eat.");
        }
    }

    static class Diner {
        public Diner(boolean isHungry, String name) {
            this.isHungry = isHungry;
            this.name = name;
        }

        private boolean isHungry;
        private String name;


        public String getName() {
            return name;
        }

        public void eatWith(Diner spouse, Spoon sharedSpoon) {
            try {
                synchronized (sharedSpoon) {
                    while (isHungry) {
                        while (!sharedSpoon.getOwnerName().equals(name)) {
                            sharedSpoon.wait();
                            //System.out.println("sharedSpoon belongs to" + sharedSpoon.getOwnerName())
                        }
                        if (spouse.isHungry) {
                            System.out.println(spouse.getName() + "is hungry,I should give it to him(her).");
                            sharedSpoon.setOwner(spouse);
                            sharedSpoon.notifyAll();
                        } else {
                            sharedSpoon.use();
                            sharedSpoon.setOwner(spouse);
                            isHungry = false;
                        }
                        Thread.sleep(500);
                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(name + " is interrupted.");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        final Diner husband = new Diner(true, "husband");
        final Diner wife = new Diner(true, "wife");
        final Spoon sharedSpoon = new Spoon(wife);

        Thread h = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                husband.eatWith(wife, sharedSpoon);
            }
        };
        h.start();

        Thread w = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                wife.eatWith(husband, sharedSpoon);
            }
        };
        w.start();

        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        h.interrupt();
        w.interrupt();

        try {
            h.join();
            w.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Ответ 10

package concurrently.deadlock;

import static java.lang.System.out;


/* This is an example of livelock */
public class Dinner {

    public static void main(String[] args) {
        Spoon spoon = new Spoon();
        Dish dish = new Dish();

        new Thread(new Husband(spoon, dish)).start();
        new Thread(new Wife(spoon, dish)).start();
    }
}


class Spoon {
    boolean isLocked;
}

class Dish {
    boolean isLocked;
}

class Husband implements Runnable {

    Spoon spoon;
    Dish dish;

    Husband(Spoon spoon, Dish dish) {
        this.spoon = spoon;
        this.dish = dish;
    }

    @Override
    public void run() {

        while (true) {
            synchronized (spoon) {
                spoon.isLocked = true;
                out.println("husband get spoon");
                try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) {}

                if (dish.isLocked == true) {
                    spoon.isLocked = false; // give away spoon
                    out.println("husband pass away spoon");
                    continue;
                }
                synchronized (dish) {
                    dish.isLocked = true;
                    out.println("Husband is eating!");

                }
                dish.isLocked = false;
            }
            spoon.isLocked = false;
        }
    }
}

class Wife implements Runnable {

    Spoon spoon;
    Dish dish;

    Wife(Spoon spoon, Dish dish) {
        this.spoon = spoon;
        this.dish = dish;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            synchronized (dish) {
                dish.isLocked = true;
                out.println("wife get dish");
                try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) {}

                if (spoon.isLocked == true) {
                    dish.isLocked = false; // give away dish
                    out.println("wife pass away dish");
                    continue;
                }
                synchronized (spoon) {
                    spoon.isLocked = true;
                    out.println("Wife is eating!");

                }
                spoon.isLocked = false;
            }
            dish.isLocked = false;
        }
    }
}