理解死锁：概念、条件与排查方法

"p264 - p276 死锁" 死锁是多线程编程中的一个严重问题，它发生在两个或多个线程互相等待对方释放资源而无法继续执行的情况。面试中，死锁是一个常见的考点，因为它可能导致线上系统的严重故障。了解死锁的概念、如何模拟死锁、排查死锁以及避免死锁策略对于开发高可用的并发应用程序至关重要。 首先，让我们深入理解死锁的四个必要条件： 1. **互斥条件**：任何时刻，一个资源只能被一个线程占用。如果另一个线程试图获取已被占用的资源，它必须等待该资源被释放。 2. **持有并等待条件**：一个线程在占有至少一个资源的同时，请求新的资源。这使得它无法继续执行，因为新的请求无法满足。 3. **不可剥夺条件**：线程已获取的资源在其使用完毕前不能被强制剥夺，必须由线程自己释放。 4. **环路等待条件**：在发生死锁的系统中，存在一个线程集合，它们形成了一个循环等待链，每个线程都在等待链中的下一个线程所持有的资源。 以一个小例子来解释，假设线程A持有资源1并请求资源2，而线程B持有资源2并请求资源1。由于双方都在等待对方释放资源，它们将陷入无限等待状态，形成死锁。 为了模拟死锁，可以编写如下的伪代码： ```python # 创建两个线程A和B，以及两个互斥锁mutex_A和mutex_B threadA = Thread(target=run_thread_A) threadB = Thread(target=run_thread_B) # 线程A尝试获取mutex_A，然后mutex_B def run_thread_A(): with mutex_A: # 模拟线程A需要获取mutex_B ... # 线程B尝试获取mutex_B，然后mutex_A def run_thread_B(): with mutex_B: # 模拟线程B需要获取mutex_A ... ``` 这段代码中，线程A首先尝试获取mutex_A，然后试图获取mutex_B，而线程B则相反。如果两个线程同时运行，它们可能会陷入死锁。 解决死锁的方法包括： - **预防策略**：通过设计避免满足四个死锁条件之一，例如避免环路等待，确保资源分配顺序等。 - **避免策略**：动态地分析和预测可能出现的死锁，并采取相应措施。 - **检测与恢复**：使用系统工具检测死锁状态，一旦发现，可以中断一个或多个线程，或者回滚事务以解除死锁。 例如，在数据库系统中，可以设置超时机制，当一个事务等待资源超过一定时间后自动回滚。在操作系统层面，可以使用资源分配图（Resource Allocation Graph）来检测环路等待，从而识别潜在的死锁。 理解死锁现象及其产生的条件，掌握预防和处理策略，对于构建健壮的多线程应用是至关重要的。开发者需要在设计阶段就考虑到并发控制，避免引入可能导致死锁的结构。