併發編程之死鎖

 

產生死鎖的4個必要條件

• 互斥條件：在一段時間內某資源僅爲一個線程所佔有
• 不可剝奪條件：線程所得到的資源在未使用完畢以前，不能被其餘線程強行奪走
• 請求和保持條件：線程已經保持了至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源已被其餘線程佔有
• 循環等待條件：存在一種線程資源的循環等待鏈，鏈中每個線程已得到的資源同時被鏈中下一個線程所請求。

 

產生死鎖的狀況

• 多個鎖的交叉（交叉鎖）

                交叉鎖引發的線程會進入BLOCKED狀態，CPU資源棧用不高，很容易藉助工具發現

                情景描述：線程A持有鎖1，等待獲取鎖2；線程B持有鎖2，等待獲取鎖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) {
        }
    }
}

• 內存不足
• 一問一答式的數據交換

            服務器開啓了某個端口，等待客戶端的訪問。客戶端發送請求後等待服務器的響應，服務器由於某種緣由錯過了客戶端的請求，讓在等待請求。此時，服務端可客戶端都在等待對方發送數據。

• 數據庫鎖

            好比某個線程執行了for update語句後退出了事務，其餘線程訪問的時候就會陷入死鎖

• 文件鎖

            獲取文件鎖的線程意外退出，其它線程沒法獲取該文件鎖會進入死鎖。

• 死循環引發的死鎖【系統假死，查看堆棧信息沒法發現任何死鎖跡象，CPU佔有率居高不下，是最爲致命以及最難排查的死鎖現象】

 

處理死鎖的方法

　經過設置某些限制條件，去破壞產生死鎖的四個必要條件中的一個或幾個條件，來防止死鎖的發生。【在死鎖產生的四個必要條件中，「互斥條件」是沒法破壞的，破壞「互斥條件」會形成結果的不可再現性】

• 破壞「不可剝奪條件」

      　 容許對資源實行搶奪。

       　方法一：若是佔有某些資源的一個線程進行進一步資源請求被拒絕，則該線程必須釋放它最初佔有的資源【若是有須要，可再次請求這些資源和另外的資源】。

       　方法二：容許優先級高的線程搶佔優先級低的線程的資源。

• 破壞「請求和保持條件」

      　在系統中不容許進程在已得到某種資源的狀況下，申請其餘資源。

          方法一：採用「 一次性分配」方案，即：建立進程時，要求它申請所需的所有資源，系統或知足其全部要求，或什麼也不給它。

          方法二：要求每一個進程提出新的資源申請前，釋放它所佔有的資源。

• 破壞「循環等待條件」

          將系統中的全部資源進行編號，線程必須按照順序申請資源。

 

避免死鎖的處理方式

• 加鎖順序：給全部的鎖排序，線程只能按照升序（降序）的獲取鎖。【破壞循環等待條件】
• 加鎖超時：給線程設置獲取鎖的最大等待時間，若是超時則放棄對該鎖的請求並釋放已佔有的鎖，等待一段時間後再次請求。【破壞請求和保持條件】
• 死鎖檢測

            主要是針對那些不可能實現按序加鎖而且鎖超時也不可行的場景。每當一個線程請求或者得到了鎖，會在線程和鎖相關的數據結構中將其記下。

            線程A等待線程B，線程B等待線程C，線程C等待線程D，線程D又在等待線程A。線程A爲了檢測死鎖，它須要遞進地檢測全部被B請求的鎖。從線程B所請求的鎖開始，線程A找到了線程C，而後又找到了線程D，發現線程D請求的鎖被線程A本身持有着。這是它就知道發生了死鎖。

 

檢測和解除死鎖

 

　　  因爲操做系統有併發、共享以及隨機性等特色，經過預防和避免的手段達到排除死鎖的目的是很困難的。一種簡便的方法是系統爲進程分配資源時，不採起任何限制性措施，可是提供了檢測和解脫死鎖的手段：能發現死鎖並從死鎖狀態中恢復出來。所以，在實際的操做系統中每每採用死鎖的檢測和解除方法來排除死鎖。

        死鎖檢測和解除是指系統設有專門的機制，當死鎖發生時，該機制可以檢測到死鎖發生的位置和緣由，並能經過外力破壞死鎖發生的必要條件，從而使得併發進程從死鎖狀態中恢復出來。

• 解除死鎖

            1) 資源剝奪法：掛起某些死鎖進程，並釋放它的資源，將這些資源分配給其餘的死鎖進程。【但應防止被掛起的進程長時間得不到資源，而處於資源匱乏的狀態】

            2) 撤銷線程法：強制撤銷部分、甚至所有死鎖線程。【撤銷的原則能夠按進程優先級和撤銷進程代價的高低進行】

            3) 進程回退法：讓一（多）個線程回退到足以迴避死鎖的地步【要求系統保持進程的歷史信息，設置還原點】