デッドロックとライブロックとは？両者の違いやサンプルプログラムをご紹介

＜目次＞

(１) デッドロックとライブロックとは？両者の違いやサンプルプログラムをご紹介
　 (１-１) デッドロック
　　 (１-１-１) 概要
　　 (１-１-２) サンプルプログラム
　 (１-２) ライブロック
　　 (１-２-１) 概要
　　 (１-２-２) サンプルプログラム

(１) デッドロックとライブロックとは？両者の違いやサンプルプログラムをご紹介

(１-１) デッドロック

(１-１-１) 概要

デッドロックは複数のプロセスがお互いのリソースのロック解放を待っており、お互いが前に進めなくなっている状態を言います。

例えば次の図のように「プロセス①」が「リソース②」を使いつつ「リソース①」の解放を待っている状態で、逆に「プロセス②」が「リソース①」を使いつつ「リソース②」の解放を待っている状態とします。このような状態ではお互いがお互いの解放を待っているので、デッドロックが発生します。

（図１１１）イメージ図

デッドロックは多数のプロセスが同一のリソースを共有するような状況下で発生しうる問題になります。

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(１-１-２) サンプルプログラム

●デッドロックを引きおこすクラス

スレッド「t1」は「someFunction1」を実行し、strAを占有してstrBが解放されたら、それらを合体させようとします。一方で、スレッド「t2」は「someFunction2」を実行し、strBを占有してstrAが解放されたら、それらを合体させようとします。この状況下だと、お互いがお互いを待って永遠に進まない「デッドロック」が発生します。

public class DeadLockSampleClass {

  private static String strA = "abcde";
  private static String strB = "fghij";

  public void someFunction1() {
    synchronized(strA) {
      try {
        Thread.sleep(1000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("Thread#1 : strB　の開放待ち");
      synchronized(strB) {
        String strC = strA + strB;
        System.out.println("Thread#1 : 完成品 = "+strC);
      }
    }
  }

  public void someFunction2() {
    synchronized(strB) {
      try {
        Thread.sleep(1000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      System.out.println("Thread#2 : strA　の開放待ち");
      synchronized(strA) {
        String strD = strA + strB;
        System.out.println("Thread#2 : 完成品 = "+strD);
      }
    }
  }

}

（補足）

synchronizedについては下記の記事を参照頂けたらと思います。

⇒（参考）Javaのsynchronizedとは？

●上記を実行するmain文

public class DeadLockSample {

  static final DeadLockSampleClass dlock = new DeadLockSampleClass();
  public static void main(String args[]) {
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        dlock.someFunction1();;
      }
    });
    t1.start();
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        dlock.someFunction2();;
      }
    });
    t2.start();
  }
}

（図１１２）実行結果

上記プログラムを実行して、デッドロックが起きる様子を動画にしています。

（操作動画）

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(１-２) ライブロック

(１-２-１) 概要

ライブロックもデッドロックと非常に似ていますが、相違点としてライブロックに関係するプロセスは、相手の状態によって、自身の状態も定期的に変化していき、その結果としてお互いに進展しない状態を表しています。

有名？な現実世界の例えとして、二人の人が細い道ですれ違う際に、お互いに同じ方向に譲り合いを繰り返し、ぶつかりそうになりながら進めない状態ってありますよね？その状態がライブロックに似ています。

（図１２１）イメージ図

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(１-２-２) サンプルプログラム

●道を通るために相手（Bさん）に道を譲る「Aさん」

public class LiveLockPerson1 {
  //# 最初は「右」に避ける
  private boolean move_right = true; //# true=右側に避けた、false=左側に避けた
  //# 相手に道を譲るメソッド
  public void moveToPass(LiveLockPerson2 lp2) {
    while(this.move_right==lp2.hasMovedRight()) {
      try {
        Thread.sleep(1000);
        //# では、私が反対方向に避けますので、どうぞお通りくだだい
        System.out.println("「A」です。私が反対方向に避けますので、どうぞお通りください");
        this.move_right = moveOpposite(this.move_right);
        Thread.sleep(1000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
    System.out.println("「A」です。無事に通れました。");
  }
  //# どちらの方向に避けたかどうか？を教えるメソッド
  public boolean hasMovedRight() {
    //# true=右側に避けた、false=左側に避けた
    return this.move_right;
  }
  //# 反対方向に避けるメソッド
  public boolean moveOpposite(boolean isRight) {
    //# いま右なら左に避ける
    if(isRight==true) {
      return false;
    }
    //# いま左なら右に避ける
    else {
      return true;
    }
  }
}

↓

●道を通るために相手（Aさん）に道を譲る「Bさん」

public class LiveLockPerson2 {
  //# 最初は「右」に避ける
  private boolean move_right = true; //# true=右側に避けた、false=左側に避けた
  //# 相手に道を譲るメソッド
  public void moveToPass(LiveLockPerson1 lp1) {
    while(this.move_right==lp1.hasMovedRight()) {
      try {
        Thread.sleep(1000);
        //# では、私が反対方向に避けますので、どうぞお通りくだだい
        System.out.println("「B」です。私が反対方向に避けますので、どうぞお通りください");
        this.move_right = moveOpposite(this.move_right);
        Thread.sleep(1000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }
    System.out.println("「B」です。無事に通れました。");
  }
  //# どちらの方向に避けたかどうか？を教えるメソッド
  public boolean hasMovedRight() {
    //# true=右側に避けた、false=左側に避けた
    return this.move_right;
  }
  //# 反対方向に避けるメソッド
  public boolean moveOpposite(boolean isRight) {
    //# いま右なら左に避ける
    if(isRight==true) {
      return false;
    }
    //# いま左なら右に避ける
    else {
      return true;
    }
  }
}

↓

●両者のスレッドを起動するmain文

public class LiveLockSample {

    static final LiveLockPerson1 lp1 = new LiveLockPerson1();
  static final LiveLockPerson2 lp2 = new LiveLockPerson2();
  public static void main(String args[]) {
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        lp1.moveToPass(lp2);
      }
    });
    t1.start();
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
      public void run() {
        lp2.moveToPass(lp1);
      }
    });
    t2.start();
  }
}

（図１２２）実行結果：「無限ループ」

お互いが道を譲りあい続け、結果的に無限ループになります。

上記プログラムを実行して無限ループする様子を以下の動画でご紹介しています。

（操作動画）

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