多线程（17）如何检测和预防死锁

蔚落 2024-04-24 23:08 55阅读 0赞

检测和预防死锁是并发控制和操作系统设计的两个重要方面。了解如何检测和预防死锁不仅对于操作系统开发者重要，对于任何涉及并发和资源管理的应用程序开发者也同样重要。

#### 死锁检测 ####

##### 1. 资源分配图 #####

在操作系统中，死锁检测通常通过维护一个资源分配图来实现。这种图包含了两种类型的节点：进程节点和资源节点。图中的边表示请求或分配。如果图中存在循环，则表示系统处于死锁状态。

##### 2. 检测算法 #####

用于检测死锁的算法之一是银行家算法，它通过模拟资源请求和分配来检测是否有安全序列。如果不存在安全序列，则系统处于死锁状态。此算法用于预防死锁，但也可以用作检测工具。

#### 死锁预防 ####

预防死锁的策略通常旨在破坏产生死锁的四个必要条件中的至少一个。

##### 1. 破坏互斥条件 #####

互斥条件是指资源不能被多个进程共享。对于那些不需要互斥的资源，可以通过允许多个进程共享来预防死锁。

##### 2. 破坏持有和等待条件 #####

可以要求进程在开始执行前请求所有所需资源，这样就不会在持有了某些资源的情况下等待其他资源。这可以通过两种方式实现：

*  一次性分配：进程必须一开始就申请所有资源。
 *  资源剥夺：如果进程无法获取全部资源，则必须释放其当前持有的资源。

##### 3. 破坏非剥夺条件 #####

非剥夺条件意味着已经分配的资源不能被强制从相应进程中取回。可以实现资源的可剥夺，使得已占有资源的进程在请求其他资源时，如果其他资源当前不可用，它必须释放其占有的资源。

##### 4. 破坏循环等待条件 #####

可以通过定义全局资源的分配顺序来预防死锁。每个进程都必须按照这个顺序请求资源，这样就不会形成环路。例如，系统可以规定必须先请求低编号的资源，再请求高编号的资源。

#### 死锁避免 ####

死锁避免与预防不同，它在允许更多的灵活性的同时，确保系统永远不会进入死锁状态。

##### 1. 银行家算法 #####

如前所述，银行家算法是一种死锁避免算法。每次一个进程请求资源时，系统都会检查分配资源后是否仍然处于安全状态，即是否存在一系列操作，使得每个进程都可以完成。

##### 2. 资源请求算法 #####

系统可以根据当前资源的分配情况、未来的请求和释放来决定是否立即满足请求。它通过保证总是保持系统处于安全状态来避免死锁。

#### 死锁恢复 ####

即使有了预防和避免策略，死锁仍然有可能发生。因此，系统可能需要死锁恢复机制。

1.  杀死进程：系统可以选择杀死一个或多个进程以打破循环。
2.  资源剥夺：从某个进程中暂时剥夺资源，并分配给其他进程。
3.  回滚：如果可能，将进程回滚到一致的状态，然后继续执行。

#### 实例演示：Java中的死锁预防 ####

在编程实践中，预防死锁通常是通过遵循良好的设计原则和编程实践来实现的：

public class SafeLock {
        
        private final Object resource1 = new Object();
        private final Object resource2 = new Object();
    
        public void correctMethod() {
        
            // 按照固定的顺序获取锁
            synchronized (resource1) {
        
                System.out.println("Locked resource 1");
    
                synchronized (resource2) {
        
                    System.out.println("Locked resource 2");
    
                    // 执行任务...
                }
            }
        }
        
        // 其他方法...
    }

在上述代码中，通过始终按照相同的顺序获取锁（先`resource1`后`resource2`），可以避免循环等待条件，进而预防死锁。

预防和避免死锁是设计并发控制策略时需要考虑的关键方面，并且要求开发者深入理解程序的资源使用情况和并发行为。在大型系统中，这可能会变得非常复杂，需要具体分析和设计来确保系统的健壮性。

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