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死锁及死锁的解决方法

Java面试达人 2019-01-07
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什么是死锁

  我们先看看这样一个生活中的例子:在一条河上有一座桥,桥面较窄,只能容纳一辆汽车通过,无法让两辆汽车并行。如果有两辆汽车A和B分别由桥的两端驶上该桥,则对于A车来说,它走过桥面左面的一段路(即占有了桥的一部分资源),要想过桥还须等待B车让出右边的桥面,此时A车不能前进;对于B车来说,它走过桥面右边的一段路(即占有了桥的一部分资源),要想过桥还须等待A车让出左边的桥面,此时B车也不能前进。两边的车都不倒车,结果造成互相等待对方让出桥面,但是谁也不让路,就会无休止地等下去。这种现象就是死锁。如果把汽车比做进程,桥面作为资源,那麽上述问题就描述为:进程A占有资源R1,等待进程B占有的资源Rr;进程B占有资源Rr,等待进程A占有的资源R1。而且资源R1和Rr只允许一个进程占用,即:不允许两个进程同时占用。结果,两个进程都不能继续执行,若不采取其它措施,这种循环等待状况会无限期持续下去,就发生了进程死锁。  

  在计算机系统中,涉及软件,硬件资源都可能发生死锁。例如:系统中只有一台CD-ROM驱动器和一台打印机,某一个进程占有了CD-ROM驱动器,又申请打印机;另一进程占有了打印机,还申请CD-ROM。结果,两个进程都被阻塞,永远也不能自行解除。

  所谓死锁,是指多个进程循环等待它方占有的资源而无限期地僵持下去的局面。很显然,如果没有外力的作用,那麽死锁涉及到的各个进程都将永远处于封锁状态。从上面的例子可以看出,计算机系统产生死锁的根本原因就是资源有限且操作不当。即:一种原因是系统提供的资源太少了,远不能满足并发进程对资源的需求。这种竞争资源引起的死锁是我们要讨论的核心。例如:消息是一种临时性资源。某一时刻,进程A等待进程B发来的消息,进程B等待进程C发来的消息,而进程C又等待进程A发来的消息。消息未到,A,B,C三个进程均无法向前推进,也会发生进程通信上的死锁。另一种原因是由于进程推进顺序不合适引发的死锁。资源少也未必一定产生死锁。就如同两个人过独木桥,如果两个人都要先过,在独木桥上僵持不肯后退,必然会应竞争资源产生死锁;但是,如果两个人上桥前先看一看有无对方的人在桥上,当无对方的人在桥上时自己才上桥,那麽问题就解决了。所以,如果程序设计得不合理,造成进程推进的顺序不当,也会出现死锁。


避免死锁的几种方式:

设置加锁顺序


设置加锁时限


死锁检测


设置加锁顺序(线程按照一定的顺序加锁):

死锁发生在多个线程需要相同的锁,但是获得不同的顺序。


假如一个线程需要锁,那么他必须按照一定得顺序获得锁。 

例如加锁顺序是A->B->C,现在想要线程C想要获取锁,那么他必须等到线程A和线程B获取锁之后才能轮到他获取。(排队执行,获取锁)


缺点: 

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,并知道他们之间获取锁的顺序是什么样的。


设置加锁时限:(超时重试)

在获取锁的时候尝试加一个获取锁的时限,超过时限不需要再获取锁,放弃操作(对锁的请求。)。


若一个线程在一定的时间里没有成功的获取到锁,则会进行回退并释放之前获取到的锁,然后等待一段时间后进行重试。在这段等待时间中其他线程有机会尝试获取相同的锁,这样就能保证在没有获取锁的时候继续执行比的事情。


缺点: 

但是由于存在锁的超时,通过设置时限并不能确定出现了死锁,每种方法总是有缺陷的。有时为了执行某个任务。某个线程花了很长的时间去执行任务,如果在其他线程看来,可能这个时间已经超过了等待的时限,可能出现了死锁。


在大量线程去操作相同的资源的时候,这个情况又是一个不可避免的事情,比如说,现在只有两个线程,一个线程执行的时候,超过了等待的时间,下一个线程会尝试获取相同的锁,避免出现死锁。但是这时候不是两个线程了,可能是几百个线程同时去执行,大的基数让事件出现的概率变大,假如线程还是等待那么长时间,但是多个线程的等待时间就有可能重叠,因此又会出现竞争超时,由于他们的超时发生时间正好赶在了一起,而超时等待的时间又是一致的,那么他们下一次又会竞争,等待,这就又出现了死锁。


死锁检测:

当一个线程获取锁的时候,会在相应的数据结构中记录下来,相同下,如果有线程请求锁,也会在相应的结构中记录下来。当一个线程请求失败时,需要遍历一下这个数据结构检查是否有死锁产生。


例如:线程A请求锁住一个方法1,但是现在这个方法是线程B所有的,这时候线程A可以检查一下线程B是否已经请求了线程A当前所持有的锁,像是一个环,线程A拥有锁1,请求锁2,线程B拥有锁2,请求锁1。 

当遍历这个存储结构的时候,如果发现了死锁,一个可行的办法就是释放所有的锁,回退,并且等待一段时间后再次尝试。


缺点: 

这个这个方法和上面的超时重试的策略是一样的。但是在大量线程的时候问题还是会出现和设置加锁时限相同的问题。每次线程之间发生竞争。 

还有一种解决方法是设置线程优先级,这样其中几个线程回退,其余的线程继续保持着他们获取的锁,也可以尝试随机设置优先级,这样保证线程的执行。



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