经典面试题:谈谈对死锁的理解

死锁的定义

死锁是指在并发系统中,两个或多个进程(或线程)因为彼此互相等待对方释放资源而无法继续执行的状态。简单来说,当多个进程都在等待其他进程所持有的资源时,就可能发生死锁。

死锁的三个典型情况:

一个线程一把锁情况

当一个线程一把锁,连续加锁两次的时候,如果锁是不可重入锁,就会死锁

补充:C++,Python,操作系统原生的加锁API都是不可重入的。

两个线程两把锁情况

当线程t1和线程t2各自先针对锁A和锁B进行加锁操作,再尝试获取对方的锁,此时会造成死锁
举个例子:
同学A和同学B都要使用红笔和黑笔,同学A先使用红笔,相当于对红笔加锁,同学B先使用黑笔,相当于对黑笔加锁,二者分别想要使用对方的笔,二者互不相让,僵持不下,就形成了死锁局面。

public class Thread03 {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    

        Object red = new Object();
        Object black = new Object();

        Thread A= new Thread(() -> {
    
    
            synchronized (red) {
    
    
                try {
    
    
                    sleep(1000);
                    System.out.println("同学A拿到红笔");
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();

                }

                synchronized (black) {
    
    
                    System.out.println("同学A拿到黑笔");
                }
            }
        });
        Thread B= new Thread(() -> {
    
    
            synchronized (black) {
    
    

                try {
    
    
                    sleep(1000);
                    System.out.println("同学B拿到黑笔");
                } catch (InterruptedException e) {
    
    
                    e.printStackTrace();
                }

                synchronized (red) {
    
    
                    System.out.println("同学B拿到红笔");
                }
            }
        });
        A.start();
        B.start();
    }
}

运行结果如下:

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\bin\java.exe" "-javaagent:D:\Program Files\IDEA\IntelliJ IDEA Community Edition 2021.3.2\lib\idea_rt.jar=56694:D:\Program Files\IDEA\IntelliJ IDEA Community Edition 2021.3.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_192\jre\lib\rt.jar;D:\Java\java\untitled\out\production\untitled" Thread03
同学A拿到红笔
同学B拿到黑笔

线程A与线程B各自先针对锁red 和锁black加锁,再尝试获取对方的锁,形成死锁。

多个线程多把锁情况

经典案例——哲学家就餐问题

哲学家就餐问题(Dining Philosophers Problem)是一个经典的并发编程问题,用来描述多个哲学家在共享的圆桌上就餐的情景。每个哲学家都需要交替地进行思考(相当于线程的阻塞状态)和进食(相当于线程获取到锁然后执行一些计算),而他们之间共享一些资源(如筷子),但每个哲学家必须同时拿到两根筷子才能进食。

问题的关键是如何避免死锁和饥饿的发生。如果每个哲学家都按照相同的顺序去拿筷子,可能会导致死锁。而如果某个哲学家无法获取到所需的筷子,就会一直等待,导致饥饿。

死锁的四个必要条件

  • 互斥使用:线程一拿到了锁,线程二就得等待。(锁的基本特性)
  • 不可抢占:线程一拿到锁之后,除非是线程一主动释放锁,线程二不能强行占锁。
  • 请求和保持:线程一获取到锁A之后,再尝试获取锁B,A这把锁还是保持的。(不会因为获取锁B就把锁A给释放)
  • 循环等待:线程一尝试获取到锁A和锁B ,线程二尝试获取到锁B和锁A,线程一在获取B的时候,等待线程二释放B;同时线程二在获取A的时候等待线程一释放A。
    前三个条件都是锁的基本特性,这四个条件同时具备,才会出现死锁。

如何破除死锁

突破口就是循环等待

办法:给锁加上编号,然后指定一个固定的顺序(比如从小到大)来加锁。任意线程加多把锁的时候,都让线程遵守上述顺序,此时循环等待自然破除!!

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