Bon exemple de livelock?
Je comprends ce qu'est livelock, mais je me demandais si quelqu'un en avait un bon exemple basé sur un code? Et par code, je ne signifie pas "deux personnes qui tentent de se dépasser dans un couloir". Si je relis cela, je perdrai mon déjeuner.
Voici un exemple très simple Java de livelock où un mari et sa femme essaient de manger de la soupe, mais ne disposent que d'une cuillère. Chaque conjoint est trop poli et passera la cuillère si l'autre n'a pas encore mangé.
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();
}
}
Mis à part les commentaires évocateurs, un exemple connu est celui du code qui tente de détecter et de gérer les situations de blocage. Si deux threads détectent une impasse et tentent de se "retirer" l'un pour l'autre, ils finiront par rester coincés dans une boucle, toujours "s'écartant" et ne réussiront jamais à avancer.
Par "écarter", je veux dire qu'ils lâcheraient le verrou et tenteraient de le laisser acquérir par l'autre. On pourrait imaginer la situation avec deux threads faisant cela (pseudocode):
// 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();
}
Mis à part les conditions de course, nous avons ici une situation dans laquelle les deux threads, s’ils entrent en même temps, finissent par courir dans la boucle intérieure sans procéder. Évidemment, ceci est un exemple simplifié. Une solution naïve serait de mettre une sorte de hasard dans le temps que les threads attendraient.
La solution appropriée est de toujours respecter le lock heirarchy . Choisissez une commande dans laquelle vous obtenez les serrures et respectez-la. Par exemple, si les deux threads acquièrent toujours lock1 avant lock2, il n'y a aucune possibilité de blocage.
Comme il n'y a pas de réponse marquée comme réponse acceptée, j'ai tenté de créer un exemple de verrouillage réel.
Programme original a été écrit par moi en avril 2012 pour apprendre divers concepts de multithreading. Cette fois, je l'ai modifié pour créer une impasse, une situation de concurrence critique, un livelock, etc.
Alors, comprenons d'abord l'énoncé du problème;
Problème du créateur de cookies
Il existe certains conteneurs d'ingrédients: ChocoPowederContainer , WheatPowderContainer . CookieMaker utilise une certaine quantité de poudre dans les récipients d'ingrédients pour cuire un cookie . Si un fabricant de biscuits trouve un conteneur vide, il recherche un autre conteneur pour gagner du temps. Et attend jusqu'à ce que Filler remplisse le conteneur requis. Un remplisseur vérifie le conteneur à intervalle régulier et en remplit une certaine quantité si un conteneur en a besoin.
Veuillez vérifier le code complet sur github ;
Laissez-moi vous expliquer la mise en œuvre en bref.
- Je commence Filler en tant que thread de démon. Ainsi, les conteneurs seront remplis à intervalles réguliers. Pour remplir un conteneur d’abord, il verrouille le conteneur -> vérifiez s’il a besoin de poudre -> le remplit -> avertissez tous les fabricants qui l’attendent -> ouvrez le conteneur.
- Je crée CookieMaker et détermine qu'il peut cuire jusqu'à 8 cookies en parallèle. Et je commence 8 discussions pour faire des cookies.
- Chaque fil machine crée 2 sous-fils appelables pour extraire la poudre des conteneurs.
- le sous-fil verrouille un conteneur et vérifie s'il contient suffisamment de poudre. Sinon, attendez un peu. Une fois que le remplisseur remplit le récipient, il prend la poudre et déverrouille le récipient.
- Maintenant, il complète d'autres activités telles que: préparer le mélange et cuire, etc.
Jetons un coup d'oeil dans le code:
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;
}
Tout se passe bien jusqu'à ce que Filler remplisse les conteneurs. Mais si j'oublie de démarrer le remplissage, ou si le remplisseur part en congé inattendu, les sous-threads ne cessent de changer d'état pour permettre à un autre fabricant d'aller vérifier le conteneur.
J'ai également créé un démon ThreadTracer qui surveille les états des threads et les blocages. C'est la sortie de la console;
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]
Vous remarquerez que les sous-threads changent d’état et d’attente.
Un exemple réel (bien que sans code exact) est constitué par deux processus concurrents qui bloquent pour tenter de corriger un blocage du serveur SQL, chaque processus utilisant le même algorithme de nouvelle tentative d’attente. Bien que ce soit une chance du point de vue du timing, j’ai vu cela se produire sur des machines distinctes dotées de caractéristiques de performances similaires en réponse à un message ajouté à une rubrique EMS (par exemple, en enregistrant une mise à jour plus une fois) et ne pas pouvoir contrôler la commande de verrouillage.
Une bonne solution dans le cas ce serait d'avoir des consommateurs concurrents (évitez le plus possible le traitement des doublons dans la chaîne en partitionnant le travail sur des objets non liés).
Une solution moins souhaitable (ok, dirty-hack) consiste à anticiper le malheur du timing (type de différences de force dans le traitement) ou à le dissiper après une impasse en utilisant différents algorithmes ou un élément aléatoire. Cela peut toujours poser problème, car il est possible que la commande de verrouillage soit "collante" pour chaque processus, ce qui prend un certain temps non pris en compte dans la nouvelle tentative.
Une autre solution (du moins pour SQL Server) consiste à essayer un niveau d’isolement différent (par exemple, un instantané).
Version C # du code de jelbourn:
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);
}
}
}
}
}
J'ai codé l'exemple de 2 personnes passant dans un couloir. Les deux fils s'éviteront dès qu'ils se rendront compte que leurs directions sont les mêmes.
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) {}
}
}
}
Un exemple ici pourrait utiliser un tryLock chronométré pour obtenir plus d'un verrou et si vous ne pouvez pas les obtenir tous, retirez-vous et réessayez.
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();
}
}
}
}
J'imagine qu'un tel code serait problématique, car de nombreux threads se heurtent et attendent l'obtention d'un jeu de verrous. Mais je ne suis pas sûr que ce soit très convaincant à titre d'exemple simple.
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;
}
}
}
Version Python du code de jelbourn:
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()
Je modifie la réponse de @jelbourn. Lorsque l'un d'eux s'aperçoit que l'autre a faim, il doit libérer la cuillère et attendre un autre avertissement, afin qu'un livelock se produise.
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();
}
}
}