Android面试笔记——死锁

1 什么是死锁?

所谓死锁,是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局,当进程处于这种僵持状态时,若无外力作用,它们都将无法再向前推进。 因此我们举个例子来描述,如果此时有一个线程A,按照先锁a再获得锁b的的顺序获得锁,而在此同时又有另外一个线程B,按照先锁b再锁a的顺序获得锁。如下图所示:


死锁1.png

2 产生死锁的原因?

a. 竞争资源

系统中的资源可以分为两类:
可剥夺资源,是指某进程在获得这类资源后,该资源可以再被其他进程或系统剥夺,CPU和主存均属于可剥夺性资源;
另一类资源是不可剥夺资源,当系统把这类资源分配给某进程后,再不能强行收回,只能在进程用完后自行释放,如磁带机、打印机等。
产生死锁中的竞争资源之一指的是竞争不可剥夺资源(例如:系统中只有一台打印机,可供进程P1使用,假定P1已占用了打印机,若P2继续要求打印机打印将阻塞)
产生死锁中的竞争资源另外一种资源指的是竞争临时资源(临时资源包括硬件中断、信号、消息、缓冲区内的消息等),通常消息通信顺序进行不当,则会产生死锁

b. 进程间推进顺序非法

若P1保持了资源R1,P2保持了资源R2,系统处于不安全状态,因为这两个进程再向前推进,便可能发生死锁
例如,当P1运行到P1:Request(R2)时,将因R2已被P2占用而阻塞;当P2运行到P2:Request(R1)时,也将因R1已被P1占用而阻塞,于是发生进程死锁

3 产生死锁的必要条件:

互斥条件:进程要求对所分配的资源进行排它性控制,即在一段时间内某资源仅为一进程所占用。
请求和保持条件:当进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。
不剥夺条件:进程已获得的资源在未使用完之前,不能剥夺,只能在使用完时由自己释放。
环路等待条件:在发生死锁时,必然存在一个进程--资源的环形链。

4 解决死锁的基本方法

4.1 预防死锁:

资源一次性分配:一次性分配所有资源,这样就不会再有请求了:(破坏请求条件)。只要有一个资源得不到分配,也不给这个进程分配其他的资源:(破坏请求保持条件)
可剥夺资源:即当某进程获得了部分资源,但得不到其它资源,则释放已占有的资源(破坏不可剥夺条件)
资源有序分配法:系统给每类资源赋予一个编号,每一个进程按编号递增的顺序请求资源,释放则相反(破坏环路等待条件)

以下有两种方案:

1、以确定的顺序获得锁

2、超时放弃:

当使用synchronized关键词提供的内置锁时,只要线程没有获得锁,那么就会永远等待下去,然而Lock接口提供了boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException方法,该方法可以按照固定时长等待锁,因此线程可以在获取锁超时以后,主动释放之前已经获得的所有的锁。通过这种方式,也可以很有效地避免死锁。

4.2 避免死锁:

预防死锁的几种策略,会严重地损害系统性能。因此在避免死锁时,要施加较弱的限制,从而获得 较满意的系统性能。由于在避免死锁的策略中,允许进程动态地申请资源。因而,系统在进行资源分配之前预先计算资源分配的安全性。若此次分配不会导致系统进入不安全的状态,则将资源分配给进程;否则,进程等待。其中最具有代表性的避免死锁算法是银行家算法
银行家算法: 操作系统按照银行家制定的规则为进程分配资源,当进程首次申请资源时,要测试该进程对资源的最大需求量,如果系统现存的资源可以满足它的最大需求量则按当前的申请量分配资源,否则就推迟分配。当进程在执行中继续申请资源时,先测试该进程已占用的资源数与本次申请的资源数之和是否超过了该进程对资源的最大需求量。若超过则拒绝分配资源,若没有超过则再测试系统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量,若能满足则按当前的申请量分配资源,否则也要推迟分配。

4.3 检测死锁:

首先为每个进程和每个资源指定一个唯一的号码,然后建立资源分配表和进程等待表。

4.4 解除死锁:

当发现有进程死锁后,便应立即把它从死锁状态中解脱出来,常采用的方法有:

剥夺资源:从其它进程剥夺足够数量的资源给死锁进程,以解除死锁状态;
撤消进程:可以直接撤消死锁进程或撤消代价最小的进程,直至有足够的资源可用,死锁状态.消除为止;所谓代价是指优先级、运行代价、进程的重要性和价值等。

4.5 java死锁检测

1、Jstack命令

jstack是java虚拟机自带的一种堆栈跟踪工具。jstack用于打印出给定的java进程ID或core file或远程调试服务的Java堆栈信息。 Jstack工具可以用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。线程快照是当前java虚拟机内每一条线程正在执行的方法堆栈的集合,生成线程快照的主要目的是定位线程出现长时间停顿的原因,如线程间死锁、死循环、请求外部资源导致的长时间等待等。 线程出现停顿的时候通过jstack来查看各个线程的调用堆栈,就可以知道没有响应的线程到底在后台做什么事情,或者等待什么资源。

2、JConsole工具

Jconsole是JDK自带的监控工具,在JDK/bin目录下可以找到。它用于连接正在运行的本地或者远程的JVM,对运行在Java应用程序的资源消耗和性能进行监控,并画出大量的图表,提供强大的可视化界面。而且本身占用的服务器内存很小,甚至可以说几乎不消耗。

写一个死锁代码

public class Deadlock {
    public static String str1 = "str1";
    public static String str2 = "str2";

    public static void main(String[] args) {
        Thread a = new Thread(() -> {
            try {
                while (true) {
                    synchronized (Deadlock.str1) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "锁住 str1");
                        Thread.sleep(1000);
                        synchronized (Deadlock.str2) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "锁住 str2");
                        }
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        Thread b = new Thread(() -> {
            try {
                while (true) {
                    synchronized (Deadlock.str2) {
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "锁住 str2");
                        Thread.sleep(1000);
                        synchronized (Deadlock.str1) {
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "锁住 str1");
                        }
                    }
                }
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        a.start();
        b.start();java
    }
}
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