Напишите программу, которая наверняка войдет в тупик

Ответ 1

UPDATE: Этот вопрос был предметом моего блога в январе 2013 года. Спасибо за отличный вопрос!

Как мы можем написать программу, которая всегда будет заходить в тупик независимо от того, как запланированы потоки?

Вот пример в С#. Обратите внимание, что программа не содержит блокировок и общих данных. У нее есть только одна локальная переменная и три оператора, и все же она блокируется со 100% уверенностью. Было бы трудно придумать более простую программу, которая с уверенностью блокирует.

Упражнение для читателя # 1: объясните, как эти взаимоблокировки. (Ответ в комментариях.)

Упражнение читателю # 2: продемонстрируйте ту же тупик в Java. (Ответ здесь: fooobar.com/questions/53288/...)

class MyClass
{
  static MyClass() 
  {
    // Let run the initialization on another thread!
    var thread = new System.Threading.Thread(Initialize);
    thread.Start();
    thread.Join();
  }

  static void Initialize() 
  { /* TODO: Add initialization code */ }

  static void Main() 
  { }
}

Ответ 2

Защелка здесь гарантирует, что обе блокировки удерживаются, когда каждый поток пытается заблокировать другое:

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class Locker extends Thread {

   private final CountDownLatch latch;
   private final Object         obj1;
   private final Object         obj2;

   Locker(Object obj1, Object obj2, CountDownLatch latch) {
      this.obj1 = obj1;
      this.obj2 = obj2;
      this.latch = latch;
   }

   @Override
   public void run() {
      synchronized (obj1) {

         latch.countDown();
         try {
            latch.await();
         } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException();
         }
         synchronized (obj2) {
            System.out.println("Thread finished");
         }
      }

   }

   public static void main(String[] args) {
      final Object obj1 = new Object();
      final Object obj2 = new Object();
      final CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);

      new Locker(obj1, obj2, latch).start();
      new Locker(obj2, obj1, latch).start();

   }

}

Интересно запустить jconsole, который правильно покажет вам тупик на вкладке "Темы".

Ответ 3

"Тупик" происходит, когда потоки (или независимо от того, какая ваша платформа вызывает свои исполнительные блоки) приобретают ресурсы, где каждый ресурс может удерживаться только одним потоком в время и удерживается на этих ресурсах таким образом, что трюмы не могут быть выгружены, и существует определенное "круговое" отношение между потоками, так что каждый поток в тупике ожидает получения некоторого ресурса, удерживаемого другим потоком.

Таким образом, простой способ избежать тупиковой ситуации - дать некоторый общий порядок ресурсов и наложить правило, что ресурсы только когда-либо приобретаются потоками в порядке. И наоборот, тупик может быть намеренно создан путем запуска потоков, которые приобретают ресурсы, но не приобретают их по порядку. Например:

Два потока, два замка. Первый поток запускает цикл, который пытается получить блокировки в определенном порядке, второй поток выполняет цикл, который пытается получить блокировки в обратном порядке. Каждый поток освобождает оба замка после успешного приобретения замков.

public class HighlyLikelyDeadlock {
    static class Locker implements Runnable {
        private Object first, second;

        Locker(Object first, Object second) {
            this.first = first;
            this.second = second;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                synchronized (first) {
                    synchronized (second) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                    }
                }
            }
        }
    }

    public static void main(final String... args) {
        Object lock1 = new Object(), lock2 = new Object();
        new Thread(new Locker(lock1, lock2), "Thread 1").start();
        new Thread(new Locker(lock2, lock1), "Thread 2").start();
    }
}

Теперь в этом вопросе было несколько комментариев, указывающих на разницу между вероятностью и уверенностью в тупике. В каком-то смысле это различие является академическим вопросом. С практической точки зрения, мне бы очень хотелось увидеть запущенную систему, которая не зашла в тупик с кодом, который я написал выше:)

Тем не менее, вопросы интервью могут быть академическими порой, и этот вопрос SO действительно имеет слово "наверняка" в названии, так что следующее - это программа, которая, безусловно, тупиковая. Создаются два объекта Locker, каждый из которых имеет две блокировки и CountDownLatch, используемые для синхронизации между потоками. Каждый Locker блокирует первую блокировку, затем подсчитывает защелку один раз. Когда оба потока приобрели блокировку и подсчитали защелку, они проходят мимо защелки и пытаются приобрести вторую блокировку, но в любом случае другая нить уже удерживает требуемую блокировку. Эта ситуация приводит к определенному тупику.

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

public class CertainDeadlock {
    static class Locker implements Runnable {
        private CountDownLatch latch;
        private Lock first, second;

        Locker(CountDownLatch latch, Lock first, Lock second) {
            this.latch = latch;
            this.first = first;
            this.second = second;
        }

        @Override
        public void run() {
            String threadName = Thread.currentThread().getName();
            try {
                first.lock();
                latch.countDown();
                System.out.println(threadName + ": locked first lock");
                latch.await();
                System.out.println(threadName + ": attempting to lock second lock");
                second.lock();
                System.out.println(threadName + ": never reached");
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
    }

    public static void main(final String... args) {
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
        Lock lock1 = new ReentrantLock(), lock2 = new ReentrantLock();
        new Thread(new Locker(latch, lock1, lock2), "Thread 1").start();
        new Thread(new Locker(latch, lock2, lock1), "Thread 2").start();
    }
}

Ответ 4

Вот пример Java, следуя примеру Эрика Липперта:

public class Lock implements Runnable {

    static {
        System.out.println("Getting ready to greet the world");
        try {
            Thread t = new Thread(new Lock());
            t.start();
            t.join();
        } catch (InterruptedException ex) {
            System.out.println("won't see me");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World!");
    }

    public void run() {           
        Lock lock = new Lock();      
    }

}

Ответ 5

Вот пример из документации:

public class Deadlock {
    static class Friend {
        private final String name;
        public Friend(String name) {
            this.name = name;
        }
        public String getName() {
            return this.name;
        }
        public synchronized void bow(Friend bower) {
            System.out.format("%s: %s"
                + "  has bowed to me!%n", 
                this.name, bower.getName());
            bower.bowBack(this);
        }
        public synchronized void bowBack(Friend bower) {
            System.out.format("%s: %s"
                + " has bowed back to me!%n",
                this.name, bower.getName());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        final Friend alphonse =
            new Friend("Alphonse");
        final Friend gaston =
            new Friend("Gaston");
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() { alphonse.bow(gaston); }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() { gaston.bow(alphonse); }
        }).start();
    }
}

Ответ 6

Я переписал Юрий Зубарев в Java-версии примера тупика, размещенного Эриком Липпертом: fooobar.com/questions/53288/... чтобы более близко походить на версию С#. Если блок инициализации Java работает аналогично статическому конструктору С# и сначала получает блокировку, нам не нужен другой поток, чтобы также вызывать метод join, чтобы получить взаимоблокировку, ему нужно всего лишь вызвать некоторый статический метод из класса Lock, такой как исходный С# пример. Возникающий тупик, кажется, подтверждает это.

public class Lock {

    static {
        System.out.println("Getting ready to greet the world");
        try {
            Thread t = new Thread(new Runnable(){

                @Override
                public void run() {
                    Lock.initialize();
                }

            });
            t.start();
            t.join();
        } catch (InterruptedException ex) {
            System.out.println("won't see me");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World!");
    }

    public static void initialize(){
        System.out.println("Initializing");
    }

}

Ответ 7

Это не самая простая задача интервью, которую вы можете получить: в моем проекте она парализовала работу команды целый день. Очень легко заставить вашу программу остановиться, но очень сложно получить ее в состоянии, где dump dump пишет что-то вроде

Found one Java-level deadlock:
=============================
"Thread-2":
  waiting to lock monitor 7f91c5802b58 (object 7fb291380, a java.lang.String),
  which is held by "Thread-1"
"Thread-1":
  waiting to lock monitor 7f91c6075308 (object 7fb2914a0, a java.lang.String),
  which is held by "Thread-2"

Java stack information for the threads listed above:
===================================================
"Thread-2":
    at uk.ac.ebi.Deadlock.run(Deadlock.java:54)
    - waiting to lock <7fb291380> (a java.lang.String)
    - locked <7fb2914a0> (a java.lang.String)
    - locked <7f32a0760> (a uk.ac.ebi.Deadlock)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:680)
"Thread-1":
    at uk.ac.ebi.Deadlock.run(Deadlock.java:54)
    - waiting to lock <7fb2914a0> (a java.lang.String)
    - locked <7fb291380> (a java.lang.String)
    - locked <7f32a0580> (a uk.ac.ebi.Deadlock)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:680)

Таким образом, целью было бы получить тупик, который JVM будет рассматривать как тупик. Очевидно, что никакое решение вроде

synchronized (this) {
    wait();
}

будут работать в этом смысле, даже если они действительно прекратятся навсегда. Опираясь на состояние гонки, это тоже не очень хорошая идея, так как во время интервью вы обычно хотите показать что-то доказуемо работающее, а не то, что должно работать большую часть времени.

Теперь решение sleep() в порядке, в каком-то смысле, трудно представить себе ситуацию, когда это не сработает, но не справедливо (мы в спортивном спорте, не так ли?). Решение @artbristol (мой же, просто разные объекты в качестве мониторов) хорош, но длинный и использует новые примитивы concurrency, чтобы получить потоки в правильное состояние, что не так весело:

public class Deadlock implements Runnable {
    private final Object a;
    private final Object b;
    private final static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);

    public Deadlock(Object a, Object b) {
        this.a = a;
        this.b = b;
    }

    public synchronized static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(new Deadlock("a", "b")).start();
        new Thread(new Deadlock("b", "a")).start();
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (a) {
            latch.countDown();
            try {
                latch.await();
            } catch (InterruptedException ignored) {
            }
            synchronized (b) {
            }
        }
    }
}

Напомню, что решение synchronized -only подходит для 11..13 строк кода (исключая комментарии и импорт), но еще не вспомнить об этом. Будет обновлен, если я это сделаю.

Обновление: здесь уродливое решение на synchronized:

public class Deadlock implements Runnable {
    public synchronized static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        synchronized ("a") {
            new Thread(new Deadlock()).start();
            "a".wait();
        }
        synchronized ("") {
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized ("") {
            synchronized ("a") {
                "a".notifyAll();
            }
            synchronized (Deadlock.class) {
            }
        }
    }
}

Примечание: мы заменяем защелку монитором объекта (используя "a" как объект).

Ответ 8

Эта версия С#, я думаю, java должна быть очень похожей.

static void Main(string[] args)
{
    var mainThread = Thread.CurrentThread;
    mainThread.Join();

    Console.WriteLine("Press Any key");
    Console.ReadKey();
}

Ответ 9

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class SO8880286 {
    public static class BadRunnable implements Runnable {
        private CountDownLatch latch;

        public BadRunnable(CountDownLatch latch) {
            this.latch = latch;
        }

        public void run() {
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " starting");
            synchronized (BadRunnable.class) {
                System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " acquired the monitor on BadRunnable.class");
                latch.countDown();
                while (true) {
                    try {
                        latch.await();
                    } catch (InterruptedException ex) {
                        continue;
                    }
                    break;
                }
            }
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " released the monitor on BadRunnable.class");
            System.out.println("Thread " + Thread.currentThread().getId() + " ending");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread[] threads = new Thread[2];
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threads.length);
        for (int i = 0; i < threads.length; ++i) {
            threads[i] = new Thread(new BadRunnable(latch));
            threads[i].start();
        }
    }
}

Программа всегда тупик, потому что каждый поток ждет у барьера для других потоков, но для ожидания барьера нить должна удерживать монитор на BadRunnable.class.

Ответ 10

Вот пример в Java здесь

http://baddotrobot.com/blog/2009/12/24/deadlock/

Если похититель попадает в тупик, когда он отказывается отказаться от жертвы, пока он не получит наличные деньги, но переговорщик отказывается сдавать деньги, пока не получит жертву.

Ответ 11

Простой поиск дал мне следующий код:

public class Deadlock {
    static class Friend {
        private final String name;
        public Friend(String name) {
            this.name = name;
        }
        public String getName() {
            return this.name;
        }
        public synchronized void bow(Friend bower) {
            System.out.format("%s: %s"
                + "  has bowed to me!%n", 
                this.name, bower.getName());
            bower.bowBack(this);
        }
        public synchronized void bowBack(Friend bower) {
            System.out.format("%s: %s"
                + " has bowed back to me!%n",
                this.name, bower.getName());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        final Friend alphonse =
            new Friend("Alphonse");
        final Friend gaston =
            new Friend("Gaston");
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() { alphonse.bow(gaston); }
        }).start();
        new Thread(new Runnable() {
            public void run() { gaston.bow(alphonse); }
        }).start();
    }
}

Источник: Deadlock

Ответ 12

Здесь образец, где один фиксатор потока запускает другой поток, который хочет иметь тот же замок, а затем стартер ждет, пока он не закончится... навсегда:

class OuterTask implements Runnable {
    private final Object lock;

    public OuterTask(Object lock) {
        this.lock = lock;
    }

    public void run() {
        System.out.println("Outer launched");
        System.out.println("Obtaining lock");
        synchronized (lock) {
            Thread inner = new Thread(new InnerTask(lock), "inner");
            inner.start();
            try {
                inner.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

class InnerTask implements Runnable {
    private final Object lock;

    public InnerTask(Object lock) {
        this.lock = lock;
    }

    public void run() {
        System.out.println("Inner launched");
        System.out.println("Obtaining lock");
        synchronized (lock) {
            System.out.println("Obtained");
        }
    }
}

class Sample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final Object outerLock = new Object();
        OuterTask outerTask = new OuterTask(outerLock);
        Thread outer = new Thread(outerTask, "outer");
        outer.start();
        outer.join();
    }
}

Ответ 13

Вот пример:

работают два потока, каждый из которых ожидает, что другие блокируют блокировку

public class ThreadClass расширяет Thread {

String obj1,obj2;
ThreadClass(String obj1,String obj2){
    this.obj1=obj1;
    this.obj2=obj2;
    start();
}

public void run(){
    synchronized (obj1) {
        System.out.println("lock on "+obj1+" acquired");

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("waiting for "+obj2);
        synchronized (obj2) {
            System.out.println("lock on"+ obj2+" acquired");
            try {
                Thread.sleep(3000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }


}

}

Запуск этого приведет к тупику:

открытый класс SureDeadlock {

public static void main(String[] args) {
    String obj1= new String("obj1");
    String obj2= new String("obj2");

    new ThreadClass(obj1,obj2);
    new ThreadClass(obj2,obj1);


}

}