Reentrant Lock的死锁与饥饿问题分析

# 1. Reentrant Lock的基本概念及原理

## 1.1 Reentrant Lock的作用和特点
Reentrant Lock是Java.util.concurrent包中提供的一种同步锁。它具有与synchronized关键字类似的功能，可以用于实现线程间的同步访问。与synchronized相比，Reentrant Lock提供了更灵活的锁定操作，例如可中断的锁、超时的锁等特性。

Reentrant Lock的主要特点包括:
- **重入性**: 允许线程重复获取已经持有的锁，而不会因为阻塞而造成死锁。
- **公平性选择**: 支持公平锁和非公平锁，公平锁能够按照线程请求的顺序获取锁，而非公平锁则更加高效，但是可能会导致线程饥饿问题。
- **条件变量**: 提供了Condition接口，可以通过它实现线程的等待/通知机制。

Reentrant Lock通过这些特点，能够更加灵活地控制线程的同步访问，提高了代码的健壮性和灵活性。

## 1.2 Reentrant Lock的实现原理
Reentrant Lock的实现原理主要是基于AbstractQueuedSynchronizer(AQS)。AQS是一个用于构建锁和其他同步器的框架，它使用一个volatile int类型的成员变量state来表示同步状态，通过CAS操作来实现原子性地更新状态并阻塞线程。

Reentrant Lock内部通过AQS的状态变量state来实现锁的获取和释放。当某个线程尝试获取锁时，会通过CAS原子操作来尝试修改state的值，如果成功获取到锁，则state减一，表示锁被占用，如果获取失败，则会进入自旋或阻塞状态，直到获取到锁为止。

## 1.3 Reentrant Lock与synchronized关键字的对比
Reentrant Lock与synchronized关键字是Java中两种不同的线程同步机制。它们的主要区别在于：
- Reentrant Lock提供了比synchronized更灵活的锁定操作，例如可以实现公平锁和非公平锁，而synchronized只能实现非公平锁。
- Reentrant Lock能够响应中断，即当一个线程处于等待状态下，可以响应中断而退出等待状态，而synchronized不具备这个特性。
- Reentrant Lock提供了Condition接口，能够实现线程的等待/通知机制，而synchronized需要借助Object类的wait()/notify()方法来实现类似的功能。

总之，Reentrant Lock在某些方面提供了更灵活、更强大的功能，但使用时需要注意避免死锁和饥饿等问题。

# 2. 死锁问题分析

### 2.1 死锁的定义和原因分析

死锁是指两个或多个线程（或进程）在执行过程中因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，导致所有进程都无法继续执行下去。死锁的主要原因是由于多个线程或进程互相持有对方需要的资源，而又不释放自己已经持有的资源。

造成死锁的四个必要条件称为死锁条件，包括互斥条件、请求与保持条件、不可剥夺条件和循环等待条件。

### 2.2 Reentrant Lock导致的死锁情形

Reentrant Lock是可重入锁，它允许同一个线程多次获取该锁而不会产生死锁。然而，基于Reentrant Lock的代码仍有可能发生死锁，主要有两种情形：

#### 情形一：资源的循环等待

当多个线程按照相同的顺序申请锁资源，并且每个线程都试图获取下一个线程所占有的锁时，可能会导致循环等待，出现死锁。

public class DeadlockExample {
    private final Lock lock1 = new ReentrantLock();
    private final Lock lock2 = new ReentrantLock();
 
    public void method1() {
        lock1.lock();
        lock2.lock();
        // do something
        lock2.unlock();
        lock1.unlock();
    }
 
    public void method2() {
        lock2.lock();
        lock1.lock();
        // do something
        lock1.unlock();
        lock2.unlock();
    }
}

在上述代码中，线程A首先调用method1方法，获取lock1后再获取lock2；而线程B首先调用method2方法，获取lock2后再获取lock1。如果线程A和线程B同时启动，那么它们会形成循环等待的情况，导致死锁。

#### 情形二：嵌套锁

当一个线程在持有锁的情况下再次试图获取同一个锁，就会发生嵌套锁。如果嵌套锁没有释放，其他线程就无法获取该锁，从而导致死锁。

public class Deadlo