一不小心就死锁了，怎么办

用Account.class作为互斥锁，来解决银行业务里面的转账问题，虽然这个方案不存在并发问题，但是所有账户的转账操作都是串行的，性能太差。账户A转账户B、账户C转账户D这两个转账操作现实世界中是可以并行的。

向现实世界要答案

现实世界中，账户转账操作是支持并发的，而且绝对是真正的并行，银行所有的窗口都可以做转账操作。

在古代没有信息化，账户的存在形式就是一个账本，而且每个账户都有一个账本，这些账本都统一存放在文件架上。银行柜员在做转账时，要去文件架上把转出账本和转入账本都拿到手，然后做转账。

文件架上恰好有转出账本和转入账本，那就同时拿走；
如果文件架上只有转出账本和转入账本之一，那这个柜员就先把文件架上有的账本拿到手，同时等着其他柜员把另外一个账本送回来；
转出账本和转入账本都没有，那这个柜员就等着两个账本都被送回来。

在编程的世界，用两把锁实现，转出账本一把，转入账本一把。在transfer()方法内部，首先尝试锁定转出账户this(先把转出账本拿到手)，然后尝试锁定转入账户target(再把转入账本拿到手)，只有当两者都成功时，才执行转账操作。

class Account {
    private int balance;
    //转账
    void transfer(Account target, int amt) {
        //锁定转出账户
        synchronized(this) {
            //锁定转入账户
            synchronized(target) {
                if(this.balance > amt) {
                    this.balance -= amt;
                    target.balance += amt;
                }
            }
        }
    }
}

没有免费的午餐

上述实现相当于用Account.class作为互斥锁，锁定的范围太大，而锁定两个账户范围就小得多-细粒度锁。使用细粒度锁可以提高并行度，是性能优化的一个重要手段。

使用细粒度锁的代价是，可能会导致死锁。

死锁的一个比较专业的定义是：一组互相竞争资源的线程因互相等待，导致“永久”阻塞的现象。(线程T1执行账户A转账给账户B，线程T2执行账户B转账给账户A。线程A拿到了账户A的锁，线程T2拿到了账户B的锁。线程T1等待线程T2释放账户B的锁，线程T2等待线程T1释放账户A的锁)

如何预防死锁

并发程序一旦死锁，一般没有特别好的方法，很多时候只能重启应用。解决死锁问题最好的方法还是规避死锁。

出现死锁的四个条件(Coffman)：只要破话其中一个，就可以成功避免死锁的发生。

互斥，共享资源X和Y只能被一个线程占用；
占有且等待，线程T1已经取得共享资源X，在等待共享资源Y的时候，不释放共享资源X；
不可抢占，其他线程不能强行抢占线程T1占有的资源；
循环等待，线程T1等待线程T2占有的资源，线程T2等待线程T1占有的资源，就是循环等待。
“互斥”无法破坏，用锁为的就是互斥。
“占用且等待”，可以一次性申请所有的资源，这样就不存在等待了。
“不可抢占”，占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源，这样不可抢占这个条件就破坏掉了。
“循环等待”，可以靠按序申请资来预防。所谓按序申请，是指资源是有线性顺序的，申请的时候可以先申请资源序号小的，再申请资源序号大的，这样线程话后自然就不存在循环了。

破坏占用且等待条件

从理论上将，要破坏这个条件，可以一次性申请所有资源。在实现世界中，转账操作需要的资源有两个，一个是转出账户，另一个是转入账户，当着两个账户同时被申请时，可以增加一个账本管理员，然后只允许账本管理员从文件架上拿账本，也就是说柜员不能直接在文件架上拿账本，必须通过账本管理员才能拿到想要的账本。只有需要的两个账本都在文件架上才会拿出来，这样就保证了一次性申请所有资源。

对应到编程领域，“同时申请”这个操作是一个临界区，也需要有个角色(Java里面的类)来管理这个临界区，把这个角色定为Allocator。它有两个重要功能，分别是：同时申请资源apply()和同时释放资源free()。账户Account类里面持有一个Allocator的单例(必须是单例，只能由一个人来分配资源)。当账户Account在执行转账操作的时候，首先向Allocator同时申请转出账户和转入账户这两个资源，成功后再锁定这两个资源；当转账操作执行完，释放锁之后，需要通知Allocator同时释放转出账户和转入账户这两个资源。

class Allocator {
    private List<Object> als = new ArrayList<>();
    //一次性申请所有资源
    synchronized boolean apply(Object from, Object to) {
        if(als.contains(from) || als.contains(to)) {
            return false;
        } else {
            als.add(from);
            als.add(to);
        }
        return true;
    }
    //归还资源
    synchronized void free(Object from, Object to) {
        als.remove(from);
        als.remove(to);
    }
}

class Account {
    //actr应该为单例。
    //单例导致申请资源的时候是串行的，但后续转账操作可并行A-B、C-D。
    private Allocator actr;
    private int balance;
    //转账
    void transfer(Account target, int amt) {
        //一次性申请转出账户和转入账户，直到成功
        while(!actr.apply(this, target));//while加timeout超时时间，避免一直阻塞下去。  
        //申请完资源后，又分别锁定了this和target账户，是为了限制其他账户操作(如取款)
        try{
            //锁定转出账户
            synchronized(this) {
                //锁定转入账户
                synchronized(target) {
                    if(this.balance > amt) {
                        this.balance -= amt;
                        target.balance += amt;
                    }
                }
            }
        } finally {
            //操作完成后，释放资源锁
            actr.free(this, target);
        }
    }
}

该方案与synchronized(Account.class)相比，synchronized(Account.class)锁了Account类相关的所有操作，只要与Account有关联，通通需要等待当前线程操作完成。而该方案则锁了一个全局对象(申请资源时)，锁定了当前操作的两个相关的对象(转账时，如果不锁this和target时，不影响当前两个账户的其他操作，如改密等)。两种影响到的范围不同。

破坏不可抢占条件

破坏不可抢占条件的核心是要能够主动释放它占有的资源，这一点synchronized是做不到的。原因是synchronized申请资源的时候，如果申请不到，线程直接进入阻塞状态了，而线程进入阻塞状态，啥都干不了，也释放不了线程已经占有的资源。

Java在语言层次没有解决这个问题，在SDK层面解决了，java.util.concurrent这个包下面提供的Lock是可以轻松解决这个问题。

破坏循环等待条件

破坏这个条件，需要对资源进行排序，然后按序申请资源。

//假设每个账户都有不同的属性id，这个id可以作为排序字段，申请的时候，可以按照从小到大的顺序来申请并锁定账户，这样就不存在循环等待了。  
class Account {
    private int id;
    private int balance;
    //转账
    void transfer(Account target, int amt) {
        Account left = this;
        Account right = target;
        if(this.id > target.id) {
            left = target;
            right = this;
        }
        //锁定序号小的账户
        synchronized(left) {
            //锁定序号大的账户
            synchronized(right) {
                if(this.balance > amt) {
                    this.balance -= amt;
                    target.balance += amt;
                }
            }
        }
    }
}
//A-B，B-C的情况，同时执行，一个执行完成，一个被阻塞然后等拎一个执行完成再执行完成。

总结

编程世界遇到的问题，可以利用现实世界的模型来构思解决方案。但要仔细对比现实世界和编程世界里的各角色之间的差异。

用细粒度锁来锁定多个资源时，要注意死锁的问题。
预防死锁主要是破坏三个条件中的一个，有时预防死锁的成本也很高。转账的例子，破坏占用且等待条件的成本比破坏循环等待条件的成本高。破坏占用且等待条件，也是锁了所有的账户，而且还是用了死循环的方法，这里破坏循环等待条件是成本最低的一个方案。选择具体方案的时候，需要评估操作成本，选择成本最低的方案。