多线程知识梳理(10) - 死锁的概念

2018-02-06 本文已影响122人泽毛

一、基本概念

2.1 死锁的概念

死锁指的是多个进程/线程循环等待其它地方占有的资源而无限地僵持下去的局面，其根本原因是对有限资源的操作不当。

举一个简单的例子：线程A执行一段代码时首先获取了锁Lock1，而与此同时线程B执行一段代码时获取了锁Lock2，那么当线程A接下来要执行一段需要获取锁Lock2的代码时，发现该锁已经被线程B持有了它就会等待，而线程B又恰巧需要执行一段需要获取锁Lock1的代码，就会造成死锁。

上面的例子的代码如下所示：

public class LockSample {

    private static final Object mLock1 = new Object();
    private static final Object mLock2 = new Object();

    public static void startRun() {
        Thread1 thread1 = new Thread1();
        Thread2 thread2 = new Thread2();
        thread1.start();
        thread2.start();
    }

    private static class Thread1 extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            synchronized (mLock1) {
                Log.d("LockSample", "Thread1 run Lock1");
                try {
                    Thread.sleep(500);
                    synchronized (mLock2) {
                        Log.d("LockSample", "Thread1 run Lock2");
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    private static class Thread2 extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            synchronized (mLock2) {
                Log.d("LockSample", "Thread2 run Lock2");
                try {
                    Thread.sleep(500);
                    synchronized (mLock1) {
                        Log.d("LockSample", "Thread2 run Lock1");
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

运行结果如下所示，这两个线程第二个同步代码块中的代码都没有得到执行。

死锁的结果

2.2 产生死锁的四个条件

产生死锁有四个 必要条件，只要有一个条件不满足，死锁就可以排除：

互斥条件：某个资源在一段时间内只能由一个进程/线程占有，不能被两个或以上的进程/线程占有。
不可抢占条件：进程/线程所获得的资源在未使用完毕之前，资源申请者不能强行从资源占有者手中抢夺资源，而只能由资源占有者自行释放。
占有且申请条件：进程/线程至少已经占有一个条件，但又申请新的资源；由于该资源已经被其它占有，此时该进程/线程阻塞；但是它在等待新的资源时，仍然占有已用的资源。
环路等待：存在一个等待序列{P1, P2, ..Pn}，其中P1等待P2所占有的资源，P2等待P3占有的资源，...，而Pn等待P1所占有的资源，形成一个循环等待环。

二、解决死锁的方法

解决死锁的方法分为死锁的预防，避免，检测与恢复三种，下面我们分三个小节来介绍。

2.1 死锁的预防

死锁的预防是保证系统不进入死锁状态的一种策略。它的基本思想是要求进程/线程 申请资源时遵循某种协议，从而 打破死锁的四个必要条件中的一个或多个，可以分为直接的死锁预防和间接的死锁预防两种。

2.1.1 直接的死锁预防

打破互斥条件，运行进程同时访问某些资源。
打破不可抢占条件，允许进程强行从占有者那里获取某些资源。
打破占有且申请条件，实现进程预分配策略。

2.1.2 间接的死锁预防

通过定义资源的线性顺序来预防。如果一个进程已经分配到了R类型的资源，那么它接下来请求的资源只能是那些排在R类型之后的资源。

2.2 死锁的避免

在死锁的避免中，是否允许当前的资源分配请求时通过 判断该请求是否可能导致死锁来决定的，因此，死锁避免需要知道将来的资源请求情况。

2.2.1 进程启动拒绝

只有所有 当前进程/线程的最大请求量加上新的请求 可以满足时，才会启动该进程/线程，这个策略很难最优，因为它假设最坏情况，所有进程/线程同时开始它们的最大请求。

2.2.2 资源分配拒绝（银行家算法）

安全状态是指至少有一个资源分配序列不会导致死锁（即所有进程都能运行到结束）。
死锁避免策略：当进程请求一组资源时，假设同意该请求，从而改变了系统的状态，然后确定其结果时候还处于安全状态。
死锁避免的优点是它不需要死锁预防中的抢占和回滚进程，并且比死锁预防的限制少。但是它也有许多限制：
- 必须事先声明每个进程请求的最大资源。
- 考虑的进程必须是无关的，也就是说它们执行的顺序没有任何同步的限制。
- 分配的资源数目是固定的。
- 在占有资源时，进程不能退出。

2.3 死锁检测与恢复

2.3.1 死锁的检测

死锁检测不限制资源访问或约束进程行为，只要有可能，被请求的资源就被授权给进程，操作系统周期性地执行一个算法检测前面的条件4。
算法主要是一个标记没有死锁的进程，当且仅当算法的最后结果有未标记的进程时存在死锁。
算法的策略是查找一个进程，使得可用资源可以满足该进程的资源请求，然后假设同意这些资源，让该进程运行直到结束，再释放它的所有资源。然后算法再寻找另一个可以满足资源请求的进程。

2.3.2 死锁的恢复

取消所有死锁进程。
把每个死锁进程回滚到前面定义的某些检查点。
连续取消死锁进程直到不再死锁。
连续抢占资源直到不再死锁。