计算机专业面试题：如何在Java中解决线程同步导致的死锁现象？

在Java编程中，线程同步是保证数据一致性和避免并发的重要手段。不当的同步策略可能导致死锁现象，即多个线程在等待获取锁时相互等待，形成一个循环等待的情况，导致系统性能下降甚至停滞。是一个具体的场景：

假设我们有一个银行账户系统，有两个线程A和B，分别代表两个客户。账户中有1000元。线程A需要从账户中取出800元，线程B需要存入800元。两个线程都需要锁定账户对象来修改账户余额。线程A和线程B以错误的顺序获取锁，可能会发生死锁。

分析

在这个中，死锁发生的条件是：

1. 互斥条件：资源不能被多个线程使用。

2. 不可抢占条件：一个线程已经持有的资源在未使用完毕之前不能被抢占。

3. 持有和等待条件：线程已经持有了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他线程持有，当前线程会等待。

4. 循环等待条件：若干线程形成一种头尾相连的循环等待资源关系。

在这个例子中，线程A和线程B都试图先获取账户锁，再获取对方持有的锁，导致死锁。

解决方案

为了解决这个死锁我们可以采用几种方法：

1. 顺序获取锁

确保所有线程以相同的顺序获取锁，这样可以避免循环等待。我们可以约定所有线程都先获取账户锁，再获取对方持有的锁。

java

public class BankAccount {

private int balance;

public synchronized void withdraw(int amount) {

balance -= amount;

}

public synchronized void deposit(int amount) {

balance += amount;

}

}

在这个解决方案中，我们通过`synchronized`关键字保证了线程在执行`withdraw`和`deposit`方法时对账户对象进行锁定，且两个方法的执行顺序是确定的。

2. 锁排序

线程之间没有特定的锁获取顺序，我们可以对锁进行排序，并确保所有线程按照这个排序顺序获取锁。

java

public class BankAccount {

private int balance;

private final Object accountLock = new Object();

private final Object depositLock = new Object();

public void withdraw(int amount) {

synchronized (depositLock) {

synchronized (accountLock) {

balance -= amount;

}

}

}

public void deposit(int amount) {

synchronized (accountLock) {

synchronized (depositLock) {

balance += amount;

}

}

}

}

在这个解决方案中，我们通过`accountLock`和`depositLock`两个对象来控制锁的获取顺序，确保线程不会因为错误的锁顺序而进入死锁。

3. 使用锁超时

在获取锁时，我们可以设置一个超时时间，在这个时间内未能获取到锁，则放弃操作并抛出异常，这样可以避免线程永久等待。

java

public class BankAccount {

private int balance;

private final Object accountLock = new Object();

public void withdraw(int amount) {

try {

accountLock.lockInterruptibly();

if (balance >= amount) {

balance -= amount;

}

} catch (InterruptedException e) {

Thread.currentThread().interrupt();

} finally {

accountLock.unlock();

}

}

public void deposit(int amount) {

try {

accountLock.lockInterruptibly();

balance += amount;

} catch (InterruptedException e) {

Thread.currentThread().interrupt();

} finally {

accountLock.unlock();

}

}

}

在这个解决方案中，我们使用了`lockInterruptibly`方法来获取锁，并设置了超时时间。线程在超时时间内未能获取到锁，则`InterruptedException`会被抛出，线程可以选择中断自己或者抛出异常。

4. 使用乐观锁

在某些情况下，我们可以使用乐观锁来避免死锁。乐观锁使用版本号或者时间戳来检测数据的一致性，而不是直接使用锁。

java

public class BankAccount {

private int balance;

private int version;

public boolean withdraw(int amount) {

int currentVersion = version;

if (balance >= amount) {

balance -= amount;

version++;

return true;

} else {

version = currentVersion;

return false;

}

}

public boolean deposit(int amount) {

int currentVersion = version;

balance += amount;

version++;

return true;

}

}

在这个解决方案中，我们没有使用锁来控制对账户余额的修改，而是通过版本号来保证数据的一致性。这种方法适用于并发量不是非常高的场景。

在Java中解决线程同步导致的死锁现象，可以通过多种方法来实现。选择合适的方法取决于具体的应用场景和需求。无论是通过顺序获取锁、锁排序、使用锁超时还是使用乐观锁，关键在于避免循环等待条件，确保线程能够合理地获取和释放锁，从而避免死锁的发生。