什么是线程死锁？形成条件是什么？如何避免？

2020-05-29 3251

简介： 线程死锁的形成原因以及如何避免

什么是线程死锁

死锁是指两个或两个以上的进程（线程）在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程（线程）称为死锁进程（线程）。
多个线程同时被阻塞，它们中的一个或者全部都在等待某个资源被释放。由于线程被无限期地阻塞，因此程序不可能正常终止。
如下图所示，线程 A 持有资源 2，线程 B 持有资源 1，他们同时都想申请对方的资源，所以这两个线程就会互相等待而进入死锁状态。

线程死锁

下面通过一个例子来说明线程死锁，代码模拟了上图的死锁的情况 (代码来源于《并发编程之美》输出结果

public class DeadLockDemo { private static Object resource1 = new Object();//资源 1 private static Object resource2 = new Object();//资源 2 public static void main(String[] args) { new Thread(() -> { synchronized (resource1) { System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2"); synchronized (resource2) { System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2"); } } }, "线程 1").start(); new Thread(() -> { synchronized (resource2) { System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource1"); synchronized (resource1) { System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1"); } } }, "线程 2").start(); } }

输出结果

Thread[线程 1,5,main]get resource1 Thread[线程 2,5,main]get resource2 Thread[线程 1,5,main]waiting get resource2 Thread[线程 2,5,main]waiting get resource1

线程 A 通过 synchronized (resource1) 获得 resource1 的监视器锁，然后通过Thread.sleep(1000)；让线程 A 休眠 1s 为的是让线程 B 得到CPU执行权，然后获取到 resource2 的监视器锁。线程 A 和线程 B 休眠结束了都开始企图请求获取对方的资源，然后这两个线程就会陷入互相等待的状态，这也就产生了死锁。上面的例子符合产生死锁的四个必要条件。

形成死锁的四个必要条件是什么

（1）互斥条件：线程(进程)对于所分配到的资源具有排它性，即一个资源只能被一个线程(进程)占用，直到被该线程(进程)释放
（2）请求与保持条件：一个线程(进程)因请求被占用资源而发生阻塞时，对已获得的资源保持不放。
（3）不剥夺条件：线程(进程)已获得的资源在末使用完之前不能被其他线程强行剥夺，只有自己使用完毕后才释放资源。
（4）循环等待条件：当发生死锁时，所等待的线程(进程)必定会形成一个环路（类似于死循环），造成永久阻塞

如何避免线程死锁

我们只要破坏产生死锁的四个条件中的其中一个就可以了。
破坏互斥条件
这个条件我们没有办法破坏，因为我们用锁本来就是想让他们互斥的（临界资源需要互斥访问）。
破坏请求与保持条件
一次性申请所有的资源。
破坏不剥夺条件
占用部分资源的线程进一步申请其他资源时，如果申请不到，可以主动释放它占有的资源。
破坏循环等待条件
靠按序申请资源来预防。按某一顺序申请资源，释放资源则反序释放。破坏循环等待条件。
我们对线程 2 的代码修改成下面这样就不会产生死锁了。

new Thread(() -> { synchronized (resource1) { System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource1"); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(Thread.currentThread() + "waiting get resource2"); synchronized (resource2) { System.out.println(Thread.currentThread() + "get resource2"); } } }, "线程 2").start();

输出结果

Thread[线程 1,5,main]get resource1我们分析一下上面的代码为什么避免了死锁的发生?

我们分析一下上面的代码为什么避免了死锁的发生?欢迎关注公种浩：程序员追风，领取一线大厂Java面试题总结+各知识点学习思维导图+一份300页pdf文档的Java核心知识点总结！
线程 1 首先获得到 resource1 的监视器锁，这时候线程 2 就获取不到了。然后线程 1 再去获取 resource2 的监视器锁，可以获取到。然后线程 1 释放了对 resource1、resource2 的监视器锁的占用，线程 2 获取到就可以执行了。这样就破坏了破坏循环等待条件，因此避免了死锁。

有关操作系统的有：死锁，进程线程，中断，信号量等等。下面给出整理的一些常见的操作系统常见面试题

1. 请分别简单说一说进程和线程以及它们的区别。

–进程是具有一定功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，进程是系统进行资源调

度和分配的一个独立单位

–线程是进程的实体，是 CPU 调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本

单位

–一个进程可以有多个线程，多个线程也可以并发执行

2. 进程的通信方式有哪些？

–共享存储、消息传递、管道通信

3. 什么是缓冲区溢出？

–缓冲区填充数据时超出了缓冲区本身的容量，溢出的数据覆盖在合法数据上

–危害有两点：程序崩溃，导致拒绝额服务，跳转并且执行一段恶意代码

4. 什么是死锁？死锁产生的条件？如何解决

–就是两个或多个进程无限期的阻塞、相互等待的一种状态。

–死锁产生条件

互斥条件：一个资源一次只能被一个进程使用

请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得资源保持不放

不剥夺条件：进程获得的资源，在未完全使用完之前，不能强行剥夺

循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的环形等待资源关系

–解决死锁的基本方法：预防死锁、避免死锁、检测死锁、解除死锁

5. 进程有哪几种状态？如何相互转化？

–状态

就绪状态：进程已获得除处理机以外的所需资源，等待分配处理机资源

运行状态：占用处理机资源运行，处于此状态的进程数小于等于 CPU 数

阻塞状态：进程等待某种条件，在条件满足之前无法执行

–状态转换

就绪状态 -> 运行状态：处于就绪状态的进程被调度后，获得处理机资源

运行状态 -> 就绪状态：处于运行状态的进程在时间片用完后，有更高优先级的进程就绪时，

运行状态 -> 阻塞状态：进程请求或等待某一事件发生时，就从运行状态转换为阻塞状态

阻塞状态 -> 就绪状态：当进程等待的事件到来时，如 I/O 操作结束或中断结束时，中断处

理程序必须把相应进程的状态由阻塞状态转换为就绪状态。

6. 什么是临界区？进程同步？如何解决冲突？

–每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区

–是对多个相关进程在执行次序上进行协调，以使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源

和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性

–同步机制遵循的原则：

（1）空闲让进；

（2）忙则等待（保证对临界区的互斥访问）；

（3）有限等待（有限代表有限的时间，避免死等）；

（4）让权等待，（当进程不能进入自己的临界区时，应释放处理机，以免陷入忙等状态）

7. 操作系统中进程调度策略有哪几种？

–先来先服务，短作业优先调度算法、高相应比算法、时间片轮转、多级反馈队列调度算法

8. 什么是中断?

–在计算机执行期间，系统内发生急需处理事件，使得 CPU 暂时中断当前执行程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行的过程

9. 操作系统的主要组成部分（操作系统的基本功能） ?

–进程和线程的管理，存储管理，设备管理，文件管理

10. 操作系统的四个特性

–并发：同一段时间内多个程序执行(注意区别并行和并发，前者是同一时刻的多个事件，后

者是同一时间段内的多个事件)

–共享：系统中的资源可以被内存中多个并发执行的进线程共同使用

–虚拟：通过时分复用（如分时系统）以及空分复用（如虚拟内存）技术实现把一个物理实

体虚拟为多个

–异步：系统中的进程是以走走停停的方式执行的，且以一种不可预知的速度推进

11. 动态分区分配时所采用的几种算法

–首次适应(First Fit)算法

空闲分区以地址递增的次序链接。分配内存时顺序查找，找到能满足要求的第一个空闲分区

–最佳适应(Best Fit)算法

空闲分区按容量递增形成分区链，找到第一个能满足要求的空闲分区

–最坏适应(Worst Fit)算法

又称最大适应(Largest Fit)算法，空闲分区以容量递减的次序链接。找到第一个能满足要求的

空闲分区，也就是挑选出最大的分区

12. 虚拟内存，虚拟存储器的特征

–基于局部性原理，在程序装入时，可以将程序的一部分装入内存，而将其余部分留在外存，

当所访问的信息不在内存时，由操作系统将所需要部分调入内存，另一方面，将内存中暂时

不使用的内容换出到外存上。这样，系统好像为用户提供了一个比实际内存大得多的存储器，

称为虚拟存储器

–特性

多次性：一个作业可以分多次被调入内存。

对换性：作业运行过程中存在换进换出的过程

虚拟性：虚拟性体现在其从逻辑上扩充了内存的容量的应用程序，虚拟性建立在多次性和对

换性的基础上行，多次性和对换性又建立在离散分配的基础上

13. 分页和分段有什么区别？

–段是信息的逻辑单位，它是根据用户的需要划分的，用户是可见的，页是信息的物理单位，

是为了管理主存的方便而划分的，对用户是透明的

–段的大小不固定，有它所完成的功能决定；页大大小固定，由系统决定

–段向用户提供二维地址空间；页向用户提供的是一维地址空间

–段是信息的逻辑单位，便于存储保护和信息的共享，页的保护和共享受到限制

20.什么是用户态和内核态

为了限制不同程序的访问能力，防止一些程序访问其它程序的内存数据，CPU划分了用户态和内核态两个权限等级。

用户态只能受限地访问内存，且不允许访问外围设备，没有占用CPU的能力，CPU资源可以被其它程序获取；

内核态可以访问内存所有数据以及外围设备，也可以进行程序的切换。

所有用户程序都运行在用户态，但有时需要进行一些内核态的操作，比如从硬盘或者键盘读数据，这时就需要进行系统调用，使用陷阱指令，CPU切换到内核态，执行相应的服务，再切换为用户态并返回系统调用的结果。

为什么要分用户态和内核态？

安全性：防止用户程序恶意或者不小心破坏系统/内存/硬件资源；

封装性：用户程序不需要实现更加底层的代码；

利于调度：如果多个用户程序都在等待键盘输入，这时就需要进行调度；统一交给操作系统调度更加方便。

2. 如何从用户态切换到内核态？

系统调用：比如读取命令行输入。本质上还是通过中断实现

用户程序发生异常时：比如缺页异常

外围设备的中断：外围设备完成用户请求的操作之后，会向CPU发出中断信号，这时CPU会转去处理对应的中断处理程序

*** 进程同步有哪几种机制

原子操作、信号量机制、自旋锁管程、会合、分布式系统

什么是颠簸现象？

颠簸本质上是指频繁的页调度行为。进程发生缺页中断时必须置换某一页。然而，其他所有的页都在使用，它置换一个页，但又立刻再次需要这个页。因此会不断产生缺页中断，导致整个系统的效率急剧下降，这种现象称为颠簸。内存颠簸的解决策略包括：

修改页面置换算法；

降低同时运行的程序的数量；

终止该进程或增加物理内存容量。

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原文链接：https://blog.csdn.net/wf0934/article/details/105913136

操作系统OS interview