Избегать примера взаимоблокировки

Мне интересно, какие альтернативные способы избежать тупиковой ситуации в следующем примере. Следующий пример - типичный банковский счет, переводящий проблему взаимоблокировки. Каковы некоторые более эффективные подходы к его решению на практике?

class Account {
     double balance;
     int id;
     public Account(int id, double balance){
          this.balance = balance;
          this.id = id;
     }
     void withdraw(double amount){
          balance -= amount;
     } 
     void deposit(double amount){
          balance += amount;
     }
}
class Main{
     public static void main(String [] args){
           final Account a = new Account(1,1000);
           final Account b = new Account(2,300);
           Thread a = new Thread(){
                 public void run(){
                     transfer(a,b,200);
                 }
           };
           Thread b = new Thread(){
                 public void run(){
                     transfer(b,a,300);
                 }
           };
           a.start();
           b.start();
     }
     public static void transfer(Account from, Account to, double amount){
          synchronized(from){
               synchronized(to){
                    from.withdraw(amount);
                    to.deposit(amount);
               }
          }
     }
}

Мне интересно, решит ли он проблему тупика, если я отделяю вложенную блокировку от моего метода переноса, например, следующего

 synchronized(from){
      from.withdraw(amount);
 }
 synchronized(to){
      to.deposit(amount);
 }

ОТВЕТЫ

Ответ 1

Сортировка учетных записей. Мертвая блокировка - это упорядочение счетов (a, b vb, a).

Итак, попробуйте:

 public static void transfer(Account from, Account to, double amount){
      Account first = from;
      Account second = to;
      if (first.compareTo(second) < 0) {
          // Swap them
          first = to;
          second = from;
      }
      synchronized(first){
           synchronized(second){
                from.withdraw(amount);
                to.deposit(amount);
           }
      }
 }

Ответ 2

Это классический вопрос. Я вижу два возможных решения:

  • Чтобы сортировать учетные записи и синхронизировать их с учетной записью, которая имеет идентификатор ниже другого. Этот метод упоминается в библии concurrency Java concurrency на практике в главе 10. В этой книге авторы используют системный хеш-код для различения учетных записей. См. java.lang.System # identityHashCode.
  • Второе решение упомянуто вами - да, вы можете избежать вложенных синхронизированных блоков, и ваш код не приведет к взаимоблокировке. Но в этом случае обработка может иметь некоторые проблемы, потому что если вы снимаете деньги с первой учетной записи, вторая учетная запись может быть заблокирована на какое-либо значительное время, и, вероятно, вам нужно будет вернуть деньги на первую учетную запись. Это не очень хорошо и потому, что вложенная синхронизация и блокировка двух учетных записей лучше и чаще используются для решения.

Ответ 3

В дополнение к решению блокировки вы также можете избежать взаимоблокировки путем синхронизации на закрытом статическом конечном объекте блокировки перед выполнением любой передачи учетной записи.

 class Account{
 double balance;
 int id;
 private static final Object lock = new Object();
  ....




 public static void transfer(Account from, Account to, double amount){
          synchronized(lock)
          {
                    from.withdraw(amount);
                    to.deposit(amount);
          }
     }

Это решение имеет проблему, заключающуюся в том, что частный статический замок ограничивает выполнение системы "последовательно".

Другой может быть, если у каждой учетной записи есть ReentrantLock:

private final Lock lock = new ReentrantLock();




public static void transfer(Account from, Account to, double amount)
{
       while(true)
        {
          if(from.lock.tryLock()){
            try { 
                if (to.lock.tryLock()){
                   try{
                       from.withdraw(amount);
                       to.deposit(amount);
                       break;
                   } 
                   finally {
                       to.lock.unlock();
                   }
                }
           }
           finally {
                from.lock.unlock();
           }

           int n = number.nextInt(1000);
           int TIME = 1000 + n; // 1 second + random delay to prevent livelock
           Thread.sleep(TIME);
        }

 }

Тупик не встречается в этом подходе, поскольку блокировки никогда не удерживаются бесконечно. Если текущая блокировка объекта получена, но вторая блокировка недоступна, первая блокировка освобождается, и поток засыпает в течение определенного времени, прежде чем пытаться восстановить блокировку.

Ответ 4

Вы также можете создать отдельную блокировку для каждой учетной записи (в классе Account), а затем до совершения транзакции получить обе блокировки. Посмотрите:

private boolean acquireLocks(Account anotherAccount) {
        boolean fromAccountLock = false;
        boolean toAccountLock = false;
        try {
            fromAccountLock = getLock().tryLock();
            toAccountLock = anotherAccount.getLock().tryLock();
        } finally {
            if (!(fromAccountLock && toAccountLock)) {
                if (fromAccountLock) {
                    getLock().unlock();
                }
                if (toAccountLock) {
                    anotherAccount.getLock().unlock();
                }
            }
        }
        return fromAccountLock && toAccountLock;
    }

После получения двух замков вы можете сделать передачу, не беспокоясь о безопасности.

    public static void transfer(Acc from, Acc to, double amount) {
        if (from.acquireLocks(to)) {
            try {
                from.withdraw(amount);
                to.deposit(amount);
            } finally {
                from.getLock().unlock();
                to.getLock().unlock();
            }
        } else {
            System.out.println(threadName + " cant get Lock, try again!");
            // sleep here for random amount of time and try do it again
            transfer(from, to, amount);
        }
    }

Ответ 5

Вот решение проблемы.

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class FixDeadLock1 {

    private class Account {

        private final Lock lock = new ReentrantLock();

        @SuppressWarnings("unused")
        double balance;
        @SuppressWarnings("unused")
        int id;

        public Account(int id, double balance) {
            this.balance = balance;
            this.id = id;
        }

        void withdraw(double amount) {
            this.balance -= amount;
        }

        void deposit(double amount) {
            balance += amount;
        }
    }

    private class Transfer {

        void transfer(Account fromAccount, Account toAccount, double amount) {
            /*
             * synchronized (fromAccount) { synchronized (toAccount) {
             * fromAccount.withdraw(amount); toAccount.deposit(amount); } }
             */

            if (impendingTransaction(fromAccount, toAccount)) {
                try {
                    System.out.format("Transaction Begins from:%d to:%d\n",
                            fromAccount.id, toAccount.id);
                    fromAccount.withdraw(amount);
                    toAccount.deposit(amount);
                } finally {
                    fromAccount.lock.unlock();
                    toAccount.lock.unlock();
                }

            } else {
                 System.out.println("Unable to begin transaction");
            }

        }

        boolean impendingTransaction(Account fromAccount, Account toAccount) {

            Boolean fromAccountLock = false;
            Boolean toAccountLock = false;

            try {
                fromAccountLock = fromAccount.lock.tryLock();
                toAccountLock = toAccount.lock.tryLock();
            } finally {
                if (!(fromAccountLock && toAccountLock)) {
                    if (fromAccountLock) {
                        fromAccount.lock.unlock();
                    }
                    if (toAccountLock) {
                        toAccount.lock.unlock();
                    }
                }
            }

            return fromAccountLock && toAccountLock;
        }

    }

    private class WrapperTransfer implements Runnable {
        private Account fromAccount;
        private Account toAccount;
        private double amount;

        public WrapperTransfer(Account fromAccount,Account toAccount,double amount){
            this.fromAccount = fromAccount;
            this.toAccount = toAccount; 
            this.amount = amount;
        }

        public void run(){
            Random random = new Random();
            try {
                int n = random.nextInt(1000);
                int TIME = 1000 + n; // 1 second + random delay to prevent livelock
                Thread.sleep(TIME);
            } catch (InterruptedException e) {}
            new Transfer().transfer(fromAccount, toAccount, amount);
        }

    }

    public void initiateDeadLockTransfer() {
        Account from = new Account(1, 1000);
        Account to = new Account(2, 300);       
        new Thread(new WrapperTransfer(from,to,200)).start();
        new Thread(new WrapperTransfer(to,from,300)).start();
    }

    public static void main(String[] args) {
        new FixDeadLock1().initiateDeadLockTransfer();
    }

}

Ответ 6

Существует три требования, которые вы должны выполнить:

  • Постоянно уменьшать содержимое одной учетной записи на указанную сумму.
  • Постоянно увеличивайте содержимое другой учетной записи на указанную сумму.
  • Если одно из указанных выше успешно, другое должно быть успешным.

Вы можете достичь 1. и 2. с помощью Atomics, но вам придется использовать что-то другое, что double, поскольку нет AtomicDouble. AtomicLong, вероятно, будет вашим лучшим выбором.

Итак, у вас оставлено третье требование - если вам удастся выполнить другой должен. Существует простой метод, который отлично работает с атоматикой и использует методы getAndAdd.

class Account {
  AtomicLong balance = new AtomicLong ();
}

...
Long oldDebtor = null;
Long oldCreditor = null;
try {
  // Increase one.
  oldDebtor = debtor.balance.getAndAdd(value);
  // Decrease the other.
  oldCreditor = creditor.balance.gtAndAdd(-value);
} catch (Exception e) {
  // Most likely (but still incredibly unlikely) InterruptedException but theoretically anything.
  // Roll back
  if ( oldDebtor != null ) {
    debtor.getAndAdd(-value);
  }
  if ( oldCreditor != null ) {
    creditor.getAndAdd(value);
  }
  // Re-throw after cleanup.
  throw (e);
}