Lektionen

In der Vorlesung behandeln wir, was eine gegenseitige Blockierung von Threads (Deadlock) in Java ist, warum sie auftritt und welche vier Bedingungen dafür nötig sind. An einem praktischen Beispiel mit synchronized zeigen wir die Reproduktion des Problems und lernen anschließend Präventionsstrategien: einheitliche Reihenfolge beim Erfassen von Ressourcen, Einsatz von ReentrantLock.tryLock mit Timeout, Verkürzung kritischer Sektionen und Verzicht auf unnötig verschachtelte Sperren. Wir demonstrieren die Diagnose per Thread Dump und jstack, wie man die Zustände BLOCKED/ WAITING erkennt, und schließen mit einer Checkliste und typischen Fehlern ab.

Wir betrachten die nebenläufigen Anomalien Livelock und Starvation: wie sie sich von Deadlock unterscheiden, wie sie im Code und in Logs aussehen. Gezeigt werden Beispiele in Java: „höfliche Arbeiter“ (lebendige Blockierung) sowie Verhungern durch Prioritäten und aufgrund unfairer Sperren. Wir lernen, das Problem zu erkennen (Logging, Thread dump, VisualVM, Java Mission Control) und es zu verhindern: zufällige Verzögerungen vor einem erneuten Versuch ( Thread.sleep), nicht blockierende Algorithmen, faire Sperren via ReentrantLock mit dem Flag fairness ( new ReentrantLock(true)), saubere kritische Abschnitte und Verzicht auf übermäßige Nutzung von setPriority() und synchronized.

In dieser Vorlesung schauen wir uns an, warum gewöhnliche Collections ( ArrayList, HashMap) in einer Multithreading-Umgebung gefährlich sind und welche thread-sicheren Alternativen das Paket java.util.concurrent bietet: ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList, ConcurrentLinkedQueue, Strukturen auf Basis von Skip-Lists und BlockingQueue. Wir besprechen atomare Operationen wie merge, putIfAbsent, computeIfAbsent, vergleichen mit Collections.synchronizedMap, betrachten praktische Beispiele und typische Fehler (schwach konsistente Iteratoren, nicht atomare Operationssequenzen usw.).

Warum der Inkrementoperator i ++ in der Nebenläufigkeit nicht funktioniert, was atomare Operationen sind und wie das Paket java.util.concurrent.atomic sie bereitstellt. Wir beleuchten AtomicInteger und AtomicReference, die Methoden incrementAndGet(), compareAndSet(...), den internen Mechanismus CAS (Compare-And-Swap) sowie wann man besser synchronized wählt und wann — LongAdder. Am Ende — typische Fehler: zusammengesetzte Operationen, ABA und Threadsicherheit verschachtelter Objekte.

Wie man einen Thread Dump mithilfe von jstack, VisualVM und der IDE aufnimmt und liest, Thread-Zustände ( RUNNABLE, BLOCKED, WAITING) erkennt und gegenseitige Blockierungen findet. Wir betrachten das Thread-Monitoring in Java Mission Control und Java Flight Recorder, Logging-Praktiken (Thread-Namen, Ein-/Austritt aus synchronized), die Minimierung von Sperren, Concurrency-Tests mit CountDownLatch sowie die Analyse eines realen Deadlock-Falls. Zum Schluss – typische Fehler und wie man sie vermeidet.