Java学习手册：常见并发问题及解决方案

news2025/5/18 2:46:34

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在Java并发编程中，开发者常常会遇到各种并发问题，这些问题可能导致程序行为不可预测、性能下降甚至程序崩溃。以下是一些常见的并发问题及其解决方案：

1.竞态条件（Race Condition）

竞态条件是指多个线程同时访问共享资源时，程序的行为依赖于线程的执行顺序，导致不可预测的结果。

问题示例

public class Counter {
    private int count = 0;

    public void increment() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

// 在多线程环境下，count++操作可能不原子，导致结果不准确

解决方案

使用synchronized关键字：确保同一时间只有一个线程可以执行increment方法。
使用原子类：AtomicInteger提供了原子的递增操作。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicCounter {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public void increment() {
        count.incrementAndGet();
    }

    public int getCount() {
        return count.get();
    }
}

2.死锁（Deadlock）

死锁发生在两个或多个线程互相等待对方释放资源时，导致所有线程都无法继续执行。

问题示例

public class DeadlockExample {
    private final Object lock1 = new Object();
    private final Object lock2 = new Object();

    public void method1() {
        synchronized (lock1) {
            System.out.println("Thread 1: Holding lock 1...");
            synchronized (lock2) {
                System.out.println("Thread 1: Holding lock 2...");
            }
        }
    }

    public void method2() {
        synchronized (lock2) {
            System.out.println("Thread 2: Holding lock 2...");
            synchronized (lock1) {
                System.out.println("Thread 2: Holding lock 1...");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        DeadlockExample example = new DeadlockExample();
        Thread t1 = new Thread(example::method1);
        Thread t2 = new Thread(example::method2);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

解决方案

按顺序获取锁：所有线程应以相同的顺序获取多个锁。
使用tryLock()方法：在尝试获取锁时设置超时时间，避免无限期等待。

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

public class DeadlockSolution {
    private final Lock lock1 = new ReentrantLock();
    private final Lock lock2 = new ReentrantLock();

    public void method1() {
        lock1.lock();
        try {
            System.out.println("Thread 1: Holding lock 1...");
            lock2.lock();
            try {
                System.out.println("Thread 1: Holding lock 2...");
            } finally {
                lock2.unlock();
            }
        } finally {
            lock1.unlock();
        }
    }

    public void method2() {
        lock1.lock();
        try {
            System.out.println("Thread 2: Holding lock 1...");
            lock2.lock();
            try {
                System.out.println("Thread 2: Holding lock 2...");
            } finally {
                lock2.unlock();
            }
        } finally {
            lock1.unlock();
        }
    }
}

3.饥饿（Starvation）

饥饿是指某些线程长期无法获得资源，导致无法执行。

解决方案

使用公平锁：确保线程按请求顺序获得锁。
合理设置线程池参数：避免高优先级线程长期占用资源。

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class FairLockExample {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true); // 公平锁

    public void accessResource() {
        lock.lock();
        try {
            // 访问资源
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

4.活锁（Livelock）

活锁是指线程不断尝试执行但无法取得进展，通常因为线程反复“让步”。

解决方案

引入随机等待时间：避免线程反复冲突。

public class LivelockSolution {
    public void avoidLivelock() {
        while (true) {
            try {
                // 尝试执行任务
                break;
            } catch (ConflictException e) {
                // 随机等待
                try {
                    Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));
                } catch (InterruptedException ie) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }
        }
    }
}

5.资源泄漏（Resource Leak）

资源泄漏是指线程未正确释放资源，导致资源耗尽。

解决方案

使用try-with-resources：确保资源自动关闭。
在finally块中释放资源：确保资源在异常情况下也能被释放。

import java.io.BufferedReader;
import java.io.FileReader;
import java.io.IOException;

public class ResourceLeakSolution {
    public void readResource() {
        try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("example.txt"))) {
            String line;
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                System.out.println(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}