ライブロックの良い例？
ライブロックとは何なのかは理解していますが、コードベースの良い例があるのかと思っていましたか？そして、コードベースで、私はnotを意味します。「二人が廊下で互いに乗り越えようとしています」という意味です。もう一度読みますと、昼食を失います。
これは非常に簡単なJava夫婦がスープを食べようとしているが、間にスプーンが1つしかないライブロックの例です。各配偶者はあまりにも丁寧です。まだ食べていません。
public class Livelock {
static class Spoon {
private Diner owner;
public Spoon(Diner d) { owner = d; }
public Diner getOwner() { return owner; }
public synchronized void setOwner(Diner d) { owner = d; }
public synchronized void use() {
System.out.printf("%s has eaten!", owner.name);
}
}
static class Diner {
private String name;
private boolean isHungry;
public Diner(String n) { name = n; isHungry = true; }
public String getName() { return name; }
public boolean isHungry() { return isHungry; }
public void eatWith(Spoon spoon, Diner spouse) {
while (isHungry) {
// Don't have the spoon, so wait patiently for spouse.
if (spoon.owner != this) {
try { Thread.sleep(1); }
catch(InterruptedException e) { continue; }
continue;
}
// If spouse is hungry, insist upon passing the spoon.
if (spouse.isHungry()) {
System.out.printf(
"%s: You eat first my darling %s!%n",
name, spouse.getName());
spoon.setOwner(spouse);
continue;
}
// Spouse wasn't hungry, so finally eat
spoon.use();
isHungry = false;
System.out.printf(
"%s: I am stuffed, my darling %s!%n",
name, spouse.getName());
spoon.setOwner(spouse);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
final Diner husband = new Diner("Bob");
final Diner wife = new Diner("Alice");
final Spoon s = new Spoon(husband);
new Thread(new Runnable() {
public void run() { husband.eatWith(s, wife); }
}).start();
new Thread(new Runnable() {
public void run() { wife.eatWith(s, husband); }
}).start();
}
}
軽微なコメントはさておき、出てくることが知られている1つの例は、デッドロック状態を検出して処理しようとするコードです。 2つのスレッドがデッドロックを検出し、お互いに「離れる」ことを試みると、注意せずに、常に「離れる」ループに陥り、前進することができなくなります。
「一歩離れる」とは、彼らがロックを解除し、もう一方がロックを取得できるようにすることを意味します。これを行う2つのスレッド（擬似コード）の状況を想像できます。
// thread 1
getLocks12(lock1, lock2)
{
lock1.lock();
while (lock2.locked())
{
// attempt to step aside for the other thread
lock1.unlock();
wait();
lock1.lock();
}
lock2.lock();
}
// thread 2
getLocks21(lock1, lock2)
{
lock2.lock();
while (lock1.locked())
{
// attempt to step aside for the other thread
lock2.unlock();
wait();
lock2.lock();
}
lock1.lock();
}
競合状態は別として、ここで私たちが持っているのは、両方のスレッドが同時に入った場合、進行せずに内側のループで実行される状況です。これは明らかに簡単な例です。単純な修正方法は、スレッドが待機する時間に何らかのランダム性を持たせることです。
適切な修正は、常に lock heirarchy を尊重することです。ロックを取得する順序を選択し、それに固執します。たとえば、両方のスレッドが常にlock2の前にlock1を取得する場合、デッドロックの可能性はありません。
承認済みの回答としてマークされた回答がないため、ライブロックの例を作成しようとしました。
オリジナルプログラム は、2012年4月にマルチスレッドのさまざまな概念を学ぶために私が書いたものです。今回は、デッドロック、競合状態、ライブロックなどを作成するように変更しました。
最初に問題のステートメントを理解しましょう。
Cookie Makerの問題
いくつかの成分コンテナがあります：ChocoPowederContainer、WheatPowderContainer。 CookieMakerは、原料容器からいくらかの粉末を取り、Cookieを焼きます。 Cookieメーカーは、空のコンテナーを見つけると、別のコンテナーをチェックして時間を節約します。そして、Fillerが必要なコンテナを満たすまで待ちます。 Fillerがあり、定期的にコンテナをチェックし、コンテナが必要に応じて量を充填します。
github ;で完全なコードを確認してください。
実装について簡単に説明します。
- デーモンスレッドとしてFillerを開始します。そのため、定期的にコンテナを充填し続けます。最初にコンテナを充填するには、コンテナをロックします->パウダーが必要かどうかを確認します->充填します->待っているすべてのメーカーに信号を送ります->コンテナのロックを解除します。
- CookieMakerを作成し、最大8つのCookieを並行してベイクできるように設定します。そして、8つのスレッドを開始してCookieを焼きます。
- 各メーカースレッドは、2つの呼び出し可能なサブスレッドを作成して、コンテナからパウダーを取得します。
- サブスレッドはコンテナをロックし、十分なパウダーがあるかどうかを確認します。そうでない場合は、しばらくお待ちください。フィラーがコンテナに充填されると、パウダーが取り出され、コンテナのロックが解除されます。
- これで、次のような他のアクティビティが完了しました：混合物の作成やベーキングなど。
コードを見てみましょう：
CookieMaker.Java
private Integer getMaterial(final Ingredient ingredient) throws Exception{
:
container.lock();
while (!container.getIngredient(quantity)) {
container.empty.await(1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
//Thread.sleep(500); //For deadlock
}
container.unlock();
:
}
IngredientContainer.Java
public boolean getIngredient(int n) throws Exception {
:
lock();
if (quantityHeld >= n) {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
quantityHeld -= n;
unlock();
return true;
}
unlock();
return false;
}
Fillerがコンテナを満たすまで、すべて正常に動作します。しかし、フィラーの起動を忘れたり、フィラーが予期しない休暇をとる場合、サブスレッドは状態を変更し続け、他のメーカーがコンテナを確認できるようにします。
また、スレッドの状態とデッドロックを監視するデーモン ThreadTracer を作成しました。これはコンソールからの出力です。
2016-09-12 21:31:45.065 :: [Maker_0:WAITING, Maker_1:WAITING, Maker_2:WAITING, Maker_3:WAITING, Maker_4:WAITING, Maker_5:WAITING, Maker_6:WAITING, Maker_7:WAITING, pool-7-thread-1:TIMED_WAITING, pool-7-thread-2:TIMED_WAITING, pool-8-thread-1:TIMED_WAITING, pool-8-thread-2:TIMED_WAITING, pool-6-thread-1:TIMED_WAITING, pool-6-thread-2:TIMED_WAITING, pool-5-thread-1:TIMED_WAITING, pool-5-thread-2:TIMED_WAITING, pool-1-thread-1:TIMED_WAITING, pool-3-thread-1:TIMED_WAITING, pool-2-thread-1:TIMED_WAITING, pool-1-thread-2:TIMED_WAITING, pool-4-thread-1:TIMED_WAITING, pool-4-thread-2:RUNNABLE, pool-3-thread-2:TIMED_WAITING, pool-2-thread-2:TIMED_WAITING]
2016-09-12 21:31:45.065 :: [Maker_0:WAITING, Maker_1:WAITING, Maker_2:WAITING, Maker_3:WAITING, Maker_4:WAITING, Maker_5:WAITING, Maker_6:WAITING, Maker_7:WAITING, pool-7-thread-1:TIMED_WAITING, pool-7-thread-2:TIMED_WAITING, pool-8-thread-1:TIMED_WAITING, pool-8-thread-2:TIMED_WAITING, pool-6-thread-1:TIMED_WAITING, pool-6-thread-2:TIMED_WAITING, pool-5-thread-1:TIMED_WAITING, pool-5-thread-2:TIMED_WAITING, pool-1-thread-1:TIMED_WAITING, pool-3-thread-1:TIMED_WAITING, pool-2-thread-1:TIMED_WAITING, pool-1-thread-2:TIMED_WAITING, pool-4-thread-1:TIMED_WAITING, pool-4-thread-2:TIMED_WAITING, pool-3-thread-2:TIMED_WAITING, pool-2-thread-2:TIMED_WAITING]
WheatPowder Container has 0 only.
2016-09-12 21:31:45.082 :: [Maker_0:WAITING, Maker_1:WAITING, Maker_2:WAITING, Maker_3:WAITING, Maker_4:WAITING, Maker_5:WAITING, Maker_6:WAITING, Maker_7:WAITING, pool-7-thread-1:TIMED_WAITING, pool-7-thread-2:TIMED_WAITING, pool-8-thread-1:TIMED_WAITING, pool-8-thread-2:TIMED_WAITING, pool-6-thread-1:TIMED_WAITING, pool-6-thread-2:TIMED_WAITING, pool-5-thread-1:TIMED_WAITING, pool-5-thread-2:TIMED_WAITING, pool-1-thread-1:TIMED_WAITING, pool-3-thread-1:TIMED_WAITING, pool-2-thread-1:TIMED_WAITING, pool-1-thread-2:TIMED_WAITING, pool-4-thread-1:TIMED_WAITING, pool-4-thread-2:TIMED_WAITING, pool-3-thread-2:TIMED_WAITING, pool-2-thread-2:RUNNABLE]
2016-09-12 21:31:45.082 :: [Maker_0:WAITING, Maker_1:WAITING, Maker_2:WAITING, Maker_3:WAITING, Maker_4:WAITING, Maker_5:WAITING, Maker_6:WAITING, Maker_7:WAITING, pool-7-thread-1:TIMED_WAITING, pool-7-thread-2:TIMED_WAITING, pool-8-thread-1:TIMED_WAITING, pool-8-thread-2:TIMED_WAITING, pool-6-thread-1:TIMED_WAITING, pool-6-thread-2:TIMED_WAITING, pool-5-thread-1:TIMED_WAITING, pool-5-thread-2:TIMED_WAITING, pool-1-thread-1:TIMED_WAITING, pool-3-thread-1:TIMED_WAITING, pool-2-thread-1:TIMED_WAITING, pool-1-thread-2:TIMED_WAITING, pool-4-thread-1:TIMED_WAITING, pool-4-thread-2:TIMED_WAITING, pool-3-thread-2:TIMED_WAITING, pool-2-thread-2:TIMED_WAITING]
サブスレッドとその状態を変更して待機していることに気付くでしょう。
実際の（正確なコードはありませんが）例は、SQLサーバーのデッドロックを修正するための2つの競合するプロセスのライブロックです。各プロセスは再試行に同じ待機再試行アルゴリズムを使用します。タイミングの幸運ですが、これはEMSトピックに追加されたメッセージに応答して、同様のパフォーマンス特性を持つ別のマシンで発生します（たとえば、単一のオブジェクトグラフの更新を1回）、およびロック順序を制御できません。
thisの場合の適切な解決策は、競合するコンシューマーを使用することです（関連のないオブジェクトで作業を分割することにより、チェーン内の重複処理を可能な限り防止します）。
あまり望ましくない（ok、dirty-hack）ソリューションは、タイミングの不運（処理の力の違いの種類）を事前に壊すか、異なるアルゴリズムまたはランダム性の要素を使用してデッドロック後にそれを壊すことです。ロックを取得する順序が各プロセスで「スティッキー」である可能性があり、待機再試行で考慮されない一定の最小時間がかかるため、これにはまだ問題があります。
さらに別の解決策（少なくともSQL Serverの場合）は、異なる分離レベル（スナップショットなど）を試すことです。
JelbournのコードのC＃バージョン：
using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
namespace LiveLockExample
{
static class Program
{
public static void Main(string[] args)
{
var husband = new Diner("Bob");
var wife = new Diner("Alice");
var s = new Spoon(husband);
Task.WaitAll(
Task.Run(() => husband.EatWith(s, wife)),
Task.Run(() => wife.EatWith(s, husband))
);
}
public class Spoon
{
public Spoon(Diner diner)
{
Owner = diner;
}
public Diner Owner { get; private set; }
[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
public void SetOwner(Diner d) { Owner = d; }
[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
public void Use()
{
Console.WriteLine("{0} has eaten!", Owner.Name);
}
}
public class Diner
{
public Diner(string n)
{
Name = n;
IsHungry = true;
}
public string Name { get; private set; }
private bool IsHungry { get; set; }
public void EatWith(Spoon spoon, Diner spouse)
{
while (IsHungry)
{
// Don't have the spoon, so wait patiently for spouse.
if (spoon.Owner != this)
{
try
{
Thread.Sleep(1);
}
catch (ThreadInterruptedException e)
{
}
continue;
}
// If spouse is hungry, insist upon passing the spoon.
if (spouse.IsHungry)
{
Console.WriteLine("{0}: You eat first my darling {1}!", Name, spouse.Name);
spoon.SetOwner(spouse);
continue;
}
// Spouse wasn't hungry, so finally eat
spoon.Use();
IsHungry = false;
Console.WriteLine("{0}: I am stuffed, my darling {1}!", Name, spouse.Name);
spoon.SetOwner(spouse);
}
}
}
}
}
廊下を通る2人の例をコーディングしました。 2つのスレッドは、方向が同じであると認識するとすぐに互いに回避します。
public class LiveLock {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Object left = new Object();
Object right = new Object();
Pedestrian one = new Pedestrian(left, right, 0); //one's left is one's left
Pedestrian two = new Pedestrian(right, left, 1); //one's left is two's right, so have to swap order
one.setOther(two);
two.setOther(one);
one.start();
two.start();
}
}
class Pedestrian extends Thread {
private Object l;
private Object r;
private Pedestrian other;
private Object current;
Pedestrian (Object left, Object right, int firstDirection) {
l = left;
r = right;
if (firstDirection==0) {
current = l;
}
else {
current = r;
}
}
void setOther(Pedestrian otherP) {
other = otherP;
}
Object getDirection() {
return current;
}
Object getOppositeDirection() {
if (current.equals(l)) {
return r;
}
else {
return l;
}
}
void switchDirection() throws InterruptedException {
Thread.sleep(100);
current = getOppositeDirection();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is stepping aside.");
}
public void run() {
while (getDirection().equals(other.getDirection())) {
try {
switchDirection();
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {}
}
}
}
ここでの1つの例は、時間制限されたtryLockを使用して複数のロックを取得し、それらをすべて取得できない場合は、いったん戻ってから再試行することです。
boolean tryLockAll(Collection<Lock> locks) {
boolean grabbedAllLocks = false;
for(int i=0; i<locks.size(); i++) {
Lock lock = locks.get(i);
if(!lock.tryLock(5, TimeUnit.SECONDS)) {
grabbedAllLocks = false;
// undo the locks I already took in reverse order
for(int j=i-1; j >= 0; j--) {
lock.unlock();
}
}
}
}
多数のスレッドが衝突し、一連のロックを取得するのを待っているため、このようなコードには問題があると想像できます。しかし、これが単純な例として非常に説得力があるかどうかはわかりません。
package concurrently.deadlock;
import static Java.lang.System.out;
/* This is an example of livelock */
public class Dinner {
public static void main(String[] args) {
Spoon spoon = new Spoon();
Dish dish = new Dish();
new Thread(new Husband(spoon, dish)).start();
new Thread(new Wife(spoon, dish)).start();
}
}
class Spoon {
boolean isLocked;
}
class Dish {
boolean isLocked;
}
class Husband implements Runnable {
Spoon spoon;
Dish dish;
Husband(Spoon spoon, Dish dish) {
this.spoon = spoon;
this.dish = dish;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (spoon) {
spoon.isLocked = true;
out.println("husband get spoon");
try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) {}
if (dish.isLocked == true) {
spoon.isLocked = false; // give away spoon
out.println("husband pass away spoon");
continue;
}
synchronized (dish) {
dish.isLocked = true;
out.println("Husband is eating!");
}
dish.isLocked = false;
}
spoon.isLocked = false;
}
}
}
class Wife implements Runnable {
Spoon spoon;
Dish dish;
Wife(Spoon spoon, Dish dish) {
this.spoon = spoon;
this.dish = dish;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
synchronized (dish) {
dish.isLocked = true;
out.println("wife get dish");
try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) {}
if (spoon.isLocked == true) {
dish.isLocked = false; // give away dish
out.println("wife pass away dish");
continue;
}
synchronized (spoon) {
spoon.isLocked = true;
out.println("Wife is eating!");
}
spoon.isLocked = false;
}
dish.isLocked = false;
}
}
}
JelbournのコードのPythonバージョン：
import threading
import time
lock = threading.Lock()
class Spoon:
def __init__(self, diner):
self.owner = diner
def setOwner(self, diner):
with lock:
self.owner = diner
def use(self):
with lock:
"{0} has eaten".format(self.owner)
class Diner:
def __init__(self, name):
self.name = name
self.hungry = True
def eatsWith(self, spoon, spouse):
while(self.hungry):
if self != spoon.owner:
time.sleep(1) # blocks thread, not process
continue
if spouse.hungry:
print "{0}: you eat first, {1}".format(self.name, spouse.name)
spoon.setOwner(spouse)
continue
# Spouse was not hungry, eat
spoon.use()
print "{0}: I'm stuffed, {1}".format(self.name, spouse.name)
spoon.setOwner(spouse)
def main():
husband = Diner("Bob")
wife = Diner("Alice")
spoon = Spoon(husband)
t0 = threading.Thread(target=husband.eatsWith, args=(spoon, wife))
t1 = threading.Thread(target=wife.eatsWith, args=(spoon, husband))
t0.start()
t1.start()
t0.join()
t1.join()
if __== "__main__":
main()
@jelbournの答えを修正します。片方がもう片方が空腹だと気づいたら、スプーンを放して別の通知を待つ必要があります。そのため、ライブロックが発生します。
public class LiveLock {
static class Spoon {
Diner owner;
public String getOwnerName() {
return owner.getName();
}
public void setOwner(Diner diner) {
this.owner = diner;
}
public Spoon(Diner diner) {
this.owner = diner;
}
public void use() {
System.out.println(owner.getName() + " use this spoon and finish eat.");
}
}
static class Diner {
public Diner(boolean isHungry, String name) {
this.isHungry = isHungry;
this.name = name;
}
private boolean isHungry;
private String name;
public String getName() {
return name;
}
public void eatWith(Diner spouse, Spoon sharedSpoon) {
try {
synchronized (sharedSpoon) {
while (isHungry) {
while (!sharedSpoon.getOwnerName().equals(name)) {
sharedSpoon.wait();
//System.out.println("sharedSpoon belongs to" + sharedSpoon.getOwnerName())
}
if (spouse.isHungry) {
System.out.println(spouse.getName() + "is hungry,I should give it to him(her).");
sharedSpoon.setOwner(spouse);
sharedSpoon.notifyAll();
} else {
sharedSpoon.use();
sharedSpoon.setOwner(spouse);
isHungry = false;
}
Thread.sleep(500);
}
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(name + " is interrupted.");
}
}
}
public static void main(String[] args) {
final Diner husband = new Diner(true, "husband");
final Diner wife = new Diner(true, "wife");
final Spoon sharedSpoon = new Spoon(wife);
Thread h = new Thread() {
@Override
public void run() {
husband.eatWith(wife, sharedSpoon);
}
};
h.start();
Thread w = new Thread() {
@Override
public void run() {
wife.eatWith(husband, sharedSpoon);
}
};
w.start();
try {
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
h.interrupt();
w.interrupt();
try {
h.join();
w.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}