线程死锁的产生及处理方式
文章目录
- 线程死锁
- 一、什么是死锁
- 二、死锁产生的必要条件
- 1、互斥条件
- 2、不可剥夺条件
- 3、请求与保持条件
- 4、循环等待条件
- 三、死锁的处理
- 1、死锁预防
- 1）破坏”互斥“条件
- 2）破坏“占有并等待“条件
- 3）破坏“不可抢占”条件
- 4）破坏“循环等待”条件
- 2、死锁避免
- 1）有序资源分配法
- 2）银行家算法
- 3）顺序加锁
- 4）限时加锁
- 3、死锁检测
- 1）死锁检测数据结构
- 2）死锁检测步骤
- 4、死锁恢复
- 1）利用抢占恢复
- 2）利用回滚恢复
- 3）通过杀死进程恢复
线程死锁
一、什么是死锁
所谓死锁是指多个线程因竞争资源而造成的一种僵局（互相等待），若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。
二、死锁产生的必要条件
1、互斥条件
进程要求对所分配的资源（如打印机）进行排他性控制，即在一段时间内某资源仅为一个进程所占有。此时若有其他进程请求该资源，则请求进程只能等待。
2、不可剥夺条件
进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他进程强行夺走，即只能由获得该资源的进程自己来释放（只能是主动释放)。
3、请求与保持条件
进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。
4、循环等待条件
循环等待条件不一定导致死锁（如下图2），但死锁一定满足这个条件。
存在一种进程资源的循环等待链，链中每一个进程已获得的资源同时被 链中下一个进程所请求。即存在一个处于等待状态的进程集合{Pl, P2, …, pn}，其中Pi等 待的资源被P(i+1)占有（i=0, 1, …, n-1)，Pn等待的资源被P0占有，如图所示。
循环等待：
满足循环等待但无死循环：
三、死锁的处理
- 预防死锁：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。
- 避免死锁：在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止系统进入不安全状态，从而避免死锁的发生。
- 检测死锁：允许系统在运行过程中发生死锁，但可设置检测机构及时检测死锁的发生，并采取适当措施加以清除。
- 解除死锁：当检测出死锁后，便采取适当措施将进程从死锁状态中解脱出来。
1、死锁预防
预防死锁是设法至少破坏产生死锁的四个必要条件之一,严格的防止死锁的出现。
1）破坏”互斥“条件
“互斥”条件是无法破坏的。因此，在死锁预防里主要是破坏其他几个必要条件，而不去涉及破坏“互斥”条件。
2）破坏“占有并等待“条件
破坏“占有并等待”条件，就是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。即要想出一个办法，阻止进程在持有资源的同时申请其他资源。
- 方法一：一次性分配资源，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。这样，一个进程在需要资源S时，须先把它先前占有的资源R释放掉，然后才能提出对S的申请，即使它可能很快又要用到资源R。
3）破坏“不可抢占”条件
破坏“不可抢占”条件就是允许对资源实行抢夺。
- 方法一：如果占有某些资源的一个进程进行进一步资源请求被拒绝，则该进程必须释放它最初占有的资源，如果有必要，可再次请求这些资源和另外的资源。
- 方法二：如果一个进程请求当前被另一个进程占有的一个资源，则操作系统可以抢占另一个进程，要求它释放资源。只有在任意两个进程的优先级都不相同的条件下，方法二才能预防死锁。
4）破坏“循环等待”条件
破坏“循环等待”条件的一种方法，是将系统中的所有资源统一编号，进程可在任何时刻提出资源申请，但所有申请必须按照资源的编号顺序（升序）提出。这样做就能保证系统不出现死锁。
2、死锁避免
避免死锁不严格限制产生死锁的必要条件的存在,因为即使死锁的必要条件存在,也不一定发生死锁。
1）有序资源分配法
该算法实现步骤：
- 必须为所有资源统一编号，例如打印机为1、传真机为2、磁盘为3等
- 同类资源必须一次申请完，例如打印机和传真机一般为同一个机器，必须同时申请
- 不同类资源必须按顺序申请
2）银行家算法
银行家算法的基本思想是分配资源之前，判断系统是否是安全的；若是，才分配。它是最具有代表性的避免死锁的算法。
设进程i提出请求REQUEST [i]，则银行家算法按如下规则进行判断：
1) 如果REQUEST [i]<= NEED[i，j]，则转（2)；否则，出错。
2) 如果REQUEST [i]<= AVAILABLE[i]，则转（3)；否则，等待。
3) 系统试探分配资源，修改相关数据：
AVAILABLE[i]-=REQUEST[i];//可用资源数-请求资源数
ALLOCATION[i]+=REQUEST[i];//已分配资源数+请求资源数
NEED[i]-=REQUEST[i];//需要资源数-请求资源数
4) 系统执行安全性检查，如安全，则分配成立；否则试探险性分配作废，系统恢复原状，进程等待。
3）顺序加锁
当多个线程需要相同的一些锁，但是按照不同的顺序加锁，死锁就很容易发生。
例如以下两个线程就会死锁：
Thread 1: 锁住了A和B，等待C
lock A (when C locked)
lock B (when C locked)
wait for C
Thread 2:等待A和B，锁住了C
wait for A
wait for B
lock C (when A locked)
如果能确保所有的线程都是按照相同的顺序获得锁，那么死锁就不会发生。 例如以下两个线程就不会死锁：
Thread 1:
lock A
lock B
lock C
Thread 2:
wait for A
wait for B
wait for C
按照顺序加锁是一种有效的死锁预防机制。但是，这种方式需要事先知道所有可能会用到的锁，但总有些时候是无法预知的，所以该种方式只适合特定场景。
4）限时加锁
限时加锁是线程在尝试获取锁的时候加一个超时时间，若超过这个时间则放弃对该锁请求，并回退并释放所有已经获得的锁，然后等待一段随机的时间再重试
此方式有两个缺点：
-
当线程数量少时，该种方式可避免死锁，但当线程数量过多，这些线程的加锁时限相同的概率就高很多，可能会导致超时后重试的死循环。
-
Java中不能对synchronized同步块设置超时时间。你需要创建一个自定义锁，或使用Java5中java.util.concurrent包下的工具。
3、死锁检测
预防和避免死锁系统开销大且不能充分利用资源，更好的方法是不采取任何限制性措施，而是提供检测和解脱死锁的手段，这就是死锁检测和恢复。
1）死锁检测数据结构
- E是现有资源向量（existing resource vector），代表每种已存在资源的总数
- A是可用资源向量（available resource vector），那么Ai表示当前可供使用的资源i的数量（即没有被分配的资源）
- C是当前分配矩阵（current allocation matrix），C的第i行代表Pi当前所持有的每一种类型资源的资源数
- R是请求矩阵（request matrix），R的每一行代表P所需要的资源的数量
2）死锁检测步骤
1.寻找一个没有结束标记的进程Pi，对于它而言R矩阵的第i行向量小于或等于A。
2.如果找到了这样一个进程，执行该进程，然后将C矩阵的第i行向量加到A中，标记该进程，并转到第1步
3.如果没有这样的进程，那么算法终止
4.算法结束时，所有没有标记过的进程都是死锁进程。
4、死锁恢复
1）利用抢占恢复
临时将某个资源从它的当前所属进程转移到另一个进程。
这种做法很可能需要人工干预，主要做法是否可行需取决于资源本身的特性。
2）利用回滚恢复
周期性的将进程的状态进行备份，当发现进程死锁后，根据备份将该进程复位到一个更早的，还没有取得所需的资源的状态，接着就把这些资源分配给其他死锁进程。
3）通过杀死进程恢复
最直接简单的方式就是杀死一个或若干个进程。
尽可能保证杀死的进程可以从头再来而不带来副作用。