并发编程之死锁

 

产生死锁的4个必要条件

• 互斥条件：在一段时间内某资源仅为一个线程所占有
• 不可剥夺条件：线程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他线程强行夺走
• 请求和保持条件：线程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他线程占有
• 循环等待条件：存在一种线程资源的循环等待链，链中每一个线程已获得的资源同时被链中下一个线程所请求。

 

产生死锁的情况

• 多个锁的交叉（交叉锁）

                交叉锁引起的线程会进入BLOCKED状态，CPU资源栈用不高，很容易借助工具发现

                情景描述：线程A持有锁1，等待获取锁2；线程B持有锁2，等待获取锁1。

private final static Object MUTEX_READ = new Object();
private final static Object MUTEX_WRITE = new Object();
public void read(){
    synchronized (MUTEX_READ) {
        synchronized (MUTEX_WRITE) {
        }
    }
}
public void write(){
    synchronized (MUTEX_WRITE) {
        synchronized (MUTEX_READ) {
        }
    }
}

• 内存不足
• 一问一答式的数据交换

            服务器开启了某个端口，等待客户端的访问。客户端发送请求后等待服务器的响应，服务器因为某种原因错过了客户端的请求，让在等待请求。此时，服务端可客户端都在等待对方发送数据。

• 数据库锁

            比如某个线程执行了for update语句后退出了事务，其他线程访问的时候就会陷入死锁

• 文件锁

            获取文件锁的线程意外退出，其它线程无法获取该文件锁会进入死锁。

• 死循环引起的死锁【系统假死，查看堆栈信息无法发现任何死锁迹象，CPU占有率居高不下，是最为致命以及最难排查的死锁现象】

 

处理死锁的方法

　通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或几个条件，来防止死锁的发生。【在死锁产生的四个必要条件中，“互斥条件”是无法破坏的，破坏“互斥条件”会造成结果的不可再现性】

• 破坏“不可剥夺条件”

      　 允许对资源实行抢夺。

       　方法一：如果占有某些资源的一个线程进行进一步资源请求被拒绝，则该线程必须释放它最初占有的资源【如果有需要，可再次请求这些资源和另外的资源】。

       　方法二：允许优先级高的线程抢占优先级低的线程的资源。

• 破坏“请求和保持条件”

      　在系统中不允许进程在已获得某种资源的情况下，申请其他资源。

          方法一：采用“ 一次性分配”方案，即：创建进程时，要求它申请所需的全部资源，系统或满足其所有要求，或什么也不给它。

          方法二：要求每个进程提出新的资源申请前，释放它所占有的资源。

• 破坏“循环等待条件”

          将系统中的所有资源进行编号，线程必须按照顺序申请资源。

 

避免死锁的处理方式

• 加锁顺序：给所有的锁排序，线程只能按照升序（降序）的获取锁。【破坏循环等待条件】
• 加锁超时：给线程设置获取锁的最大等待时间，如果超时则放弃对该锁的请求并释放已占有的锁，等待一段时间后再次请求。【破坏请求和保持条件】
• 死锁检测

            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。每当一个线程请求或者获得了锁，会在线程和锁相关的数据结构中将其记下。

            线程A等待线程B，线程B等待线程C，线程C等待线程D，线程D又在等待线程A。线程A为了检测死锁，它需要递进地检测所有被B请求的锁。从线程B所请求的锁开始，线程A找到了线程C，然后又找到了线程D，发现线程D请求的锁被线程A自己持有着。这是它就知道发生了死锁。

 

检测和解除死锁

 

　　  由于操作系统有并发、共享以及随机性等特点，通过预防和避免的手段达到排除死锁的目的是很困难的。一种简便的方法是系统为进程分配资源时，不采取任何限制性措施，但是提供了检测和解脱死锁的手段：能发现死锁并从死锁状态中恢复出来。因此，在实际的操作系统中往往采用死锁的检测和解除方法来排除死锁。

        死锁检测和解除是指系统设有专门的机制，当死锁发生时，该机制能够检测到死锁发生的位置和原因，并能通过外力破坏死锁发生的必要条件，从而使得并发进程从死锁状态中恢复出来。

• 解除死锁

            1) 资源剥夺法：挂起某些死锁进程，并释放它的资源，将这些资源分配给其他的死锁进程。【但应防止被挂起的进程长时间得不到资源，而处于资源匮乏的状态】

            2) 撤销线程法：强制撤销部分、甚至全部死锁线程。【撤销的原则可以按进程优先级和撤销进程代价的高低进行】

            3) 进程回退法：让一（多）个线程回退到足以回避死锁的地步【要求系统保持进程的历史信息，设置还原点】