死锁的成因和解决方案

左手的ㄟ右手 2023-10-14 12:35 35阅读 0赞

> **目录**
> 
> 一、死锁是什么？
> 
> 二、死锁的成因
> 
>  三、死锁三个经典场景
> 
> 1.一个线程一把锁
> 
> 2.两个线程两把锁
> 
> 3.N个线程M把锁
> 
>  四、死锁解决方案

## 一、死锁是什么？ ##

死锁是指两个或多个进程因竞争系统资源而陷入无限等待的状态，使得它们都无法继续执行。当多个进程互相请求对方所占有的资源时，如果它们都拒绝释放自己所占用的资源，那么它们就会陷入死锁状态。死锁的出现会导致系统资源浪费，造成系统的停滞，影响系统的性能和稳定性。因此，避免死锁是多任务操作系统设计和线程编程中需要关注的问题之一。

## 二、死锁的成因 ##

>  *  互斥使用: 线程1拿到了锁, 线程2就得进入阻塞状态(锁的基本特性).
>  *  不可抢占: 线程1拿到锁之后, 必须是线程1主动释放, 不可能线程1还没有释放, 线程2强行获取到锁.
>  *  请求和保持: 线程1拿到锁A后, 再去获取锁B的时候, A这把锁仍然保持, 不会因为要获取锁B就把A释放了.
>  *  循环等待: 线程1先获取锁A再获取锁B, 线程2先获取锁B再获取锁A, 线程1在获取锁B的时候等待线程2释放B，同时线程2在获取锁A的时候等待线程1释放A
>  *  **以上四个条件缺一不可**

## 三、死锁三个经典场景 ##

### 1.一个线程一把锁 ###

**第二次尝试加锁 需要等待第一个锁释放;而第一个锁释放需要等待第二个锁加锁完成**

![f1a86166dce04224870bc48752fa30f1.png][]

> **补充:**
> 
> **如果同一个线程在重复获取同一把锁的过程中，形成了死锁。这把锁又被称为不可重入锁。而可重入锁的字面意思是“可以重新进入的锁”，即允许同一个线程多次获取同一把锁，不会出现死锁的情况。synchronized 是可重入锁 所以下面这个代码不会死锁**

![b34eb6b8f27648efa974fc8af79bea8e.png][]

### 2.两个线程两把锁 ###

> 线程1先获取锁A再获取锁B, 线程2先获取锁B再获取锁A, 线程1在获取锁B的时候等待线程2释放B，同时线程2在获取锁A的时候等待线程1释放A

### ![654c7f13a0ac47d9845e8b288ad92469.png][]3.N个线程M把锁 ###

> 哲学家就餐问题是在计算机科学中的一个经典问题，用来演示在并行计算中多线程同步(Synchronization)时产生的问题。在1971年，著名的计算机科学家艾兹格.迪科斯彻提出了一个同步问题，即假设有五台计算机都试图访问五份共享的磁带驱动器。稍后，这个问题被托尼?霍尔重新表述为哲学家就餐问题。这个问题可以用来解释死锁和资源耗尽。  
> 哲学家就餐问题可以这样表述，假设有五位哲学家围坐在一张圆形餐桌旁，做以下两件事情之一：吃饭，或者思考。吃东西的时候，他们就停止思考，思考的时候也停止吃东西。餐桌中间有一大碗意大利面，每两个哲学家之间有一只餐叉。因为用一只餐叉很难吃到意大利面，所以假设哲学家必须用两只餐叉吃东西。他们只能使用自己左右手边的那两只餐叉。哲学家就餐问题有时也用米饭和筷子而不是意大利面和餐叉来描述，因为很明显，吃米饭必须用两根筷子。  
> 哲学家从来不交谈，这就很危险，可能产生死锁，每个哲学家都拿着左手的餐叉，永远都在等右边的餐叉（或者相反）。即使没有死锁，也有可能发生资源耗尽。例如，假设规定当哲学家等待另一只餐叉超过五分钟后就放下自己手里的那一只餐叉，并且再等五分钟后进行下一次尝试。这个策略消除了死锁（系统总会进入到下一个状态），但仍然有可能发生“活锁”。如果五位哲学家在完全相同的时刻进入餐厅，并同时拿起左边的餐叉，那么这些哲学家就会等待五分钟，同时放下手中的餐叉，再等五分钟，又同时拿起这些餐叉。  
> 在实际的计算机问题中，缺乏餐叉可以类比为缺乏共享资源。一种常用的计算机技术是资源加锁，用来保证在某个时刻，资源只能被一个程序或一段代码访问。当一个程序想要使用的资源已经被另一个程序锁定，它就等待资源解锁。当多个程序涉及到加锁的资源时，在某些情况下就有可能发生死锁。例如，某个程序需要访问两个文件，当两个这样的程序各锁了一个文件，那它们都在等待对方解锁另一个文件，而这永远不会发生。

![哲学家就餐问题java 的图像结果][java]

## 四、死锁解决方案 ##

只要这四个条件当中有一个条件被破坏，死锁问题就可以得到解决。

> 1、加锁顺序  
> 当多个线程需要相同的一些锁，但是按照不同的顺序加锁，死锁就很容易发生。
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> 如果能确保所有的线程都是按照相同的顺序获得锁，那么死锁就不会发生。
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> 如果一个线程（比如线程3）需要一些锁，那么它必须按照确定的顺序获取锁。它只有获得了从顺序上排在前面的锁之后，才能获取后面的锁。
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> 例如，线程2和线程3只有在获取了锁A之后才能尝试获取锁C。因为线程1已经拥有了锁A，所以线程2和3需要一直等到锁A被释放。然后在它们尝试对B或C加锁之前，必须成功地对A加了锁。按照顺序加锁是一种有效的死锁预防机制。但是，这种方式需要你事先知道所有可能会用到的锁,但总有些时候是无法预知的。
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> 2、加锁时限  
> 线程尝试获取锁的时候加上一定的时限，超过时限则放弃对该锁的请求，并释放自己占有的锁。另外一个可以避免死锁的方法是在尝试获取锁的时候加一个超时时间，这也就意味着在尝试获取锁的过程中若超过了这个时限该线程则放弃对该锁请求。若一个线程没有在给定的时限内成功获得所有需要的锁，则会进行回退并释放所有已经获得的锁，然后等待一段随机的时间再重试。这段随机的等待时间让其它线程有机会尝试获取相同的这些锁，并且让该应用在没有获得锁的时候可以继续运行(加锁超时后可以先继续运行干点其它事情，再回头来重复之前加锁的逻辑)。
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> 3、死锁检测  
> 死锁检测是一个更好的死锁预防机制，它主要是针对那些不可能实现按序加锁并且锁超时也不可行的场景。  
> 一个更好的方案是给这些线程设置优先级，让一个（或几个）线程回退，剩下的线程就像没发生死锁一样继续保持着它们需要的锁。如果赋予这些线程的优先级是固定不变的，同一批线程总是会拥有更高的优先级。为避免这个问题，可以在死锁发生的时候设置随机的优先级。

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