面试题：并发与同步：活锁概念及与死锁区别的基础应用

Question

在一个多线程的银行转账模拟程序中，A账户向B账户转账，B账户向A账户转账，可能出现死锁。请修改代码，让它可能出现活锁，并简要说明活锁出现的场景以及与死锁相比在现象上的差异。

Answer 1

1. 代码修改

以下以Java代码为例，假设原来的代码类似这样（简化示例，实际转账操作会更复杂且涉及数据库事务等）：

class Account {
    private int balance;
    public Account(int initialBalance) {
        this.balance = initialBalance;
    }
    public int getBalance() {
        return balance;
    }
    public void transfer(Account to, int amount) {
        synchronized (this) {
            synchronized (to) {
                if (this.balance >= amount) {
                    this.balance -= amount;
                    to.balance += amount;
                }
            }
        }
    }
}

为了让其可能出现活锁，我们可以修改如下：

class Account {
    private int balance;
    public Account(int initialBalance) {
        this.balance = initialBalance;
    }
    public int getBalance() {
        return balance;
    }
    public void transfer(Account to, int amount) {
        while (true) {
            if (System.currentTimeMillis() % 2 == 0) {
                synchronized (this) {
                    synchronized (to) {
                        if (this.balance >= amount) {
                            this.balance -= amount;
                            to.balance += amount;
                            break;
                        }
                    }
                }
            } else {
                // 尝试不同的锁获取顺序，并且每次循环都重试
                synchronized (to) {
                    synchronized (this) {
                        if (this.balance >= amount) {
                            this.balance -= amount;
                            to.balance += amount;
                            break;
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
}

2. 活锁出现场景

假设有两个线程 Thread1 和 Thread2，Thread1 负责A账户向B账户转账，Thread2 负责B账户向A账户转账。当这两个线程同时运行时，由于每次获取锁的顺序随机（这里通过 System.currentTimeMillis() % 2 模拟），可能会出现这样的情况：Thread1 先获取A账户的锁，同时 Thread2 先获取B账户的锁，然后 Thread1 尝试获取B账户的锁，Thread2 尝试获取A账户的锁，由于都获取不到对方已持有的锁，它们会不断地重试获取锁（按照不同顺序），但是始终无法成功完成转账操作，这就形成了活锁。

3. 与死锁在现象上的差异

• 死锁：线程处于一种永久阻塞状态，所有涉及的线程都在等待对方释放资源，没有任何线程可以继续执行，程序完全停滞。例如在上述转账场景中，两个线程分别持有自己账户的锁，等待对方账户的锁，且不会主动放弃已持有的锁，程序看起来像是“卡死”了。
• 活锁：线程并没有被阻塞，它们都在持续尝试执行操作，但是由于相互干扰，始终无法取得进展。就像两个人在狭窄的走廊相遇，都想给对方让路，但是每次都同时往同一个方向移动，结果一直在原地“折腾”，程序一直在运行，但没有实际的业务进展。