Java学习手册：常见并发问题及解决方案

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();}}
}

总结

Java并发编程中的常见问题包括竞态条件、死锁、饥饿、活锁和资源泄漏等。通过合理使用同步机制、原子类、公平锁、随机等待时间以及资源管理技术，可以有效避免这些问题，提高程序的稳定性和可靠性。希望这些解决方案能帮助开发者在实际开发中更好地应对并发编程的挑战。