死锁的避免策略（学习笔记-死锁的详细介绍）

本文目的

本文旨在向大家详细地介绍死锁，包括死锁产生的原因，产生的条件，解决方法，以及如何预防。

死锁是什么

所谓死锁：是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，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称为死锁进程。由于资源占用是互斥的，当某个进程提出申请资源后，使得有关进程在无外力协助下，永远分配不到必需的资源而无法继续运行，这就产生了一种特殊现象死锁。

示例：

当线程A持有独占锁a，并尝试去获取独占锁b的同时，线程B持有独占锁b，并尝试获取独占锁a的情况下，就会发生AB两个线程由于互相持有对方需要的锁，而发生的阻塞现象，我们称为死锁。

public class DeadLockDemo { public static void main(String[] args) { // 线程a Thread td1 = new Thread(new Runnable() { public void run() { DeadLockDemo.method1(); } }); // 线程b Thread td2 = new Thread(new Runnable() { public void run() { DeadLockDemo.method2(); } }); td1.start(); td2.start(); } public static void method1() { synchronized (String.class) { try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程a尝试获取integer.class"); synchronized (Integer.class) { } } } public static void method2() { synchronized (Integer.class) { try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("线程b尝试获取String.class"); synchronized (String.class) { } } } } ---------------- 线程b尝试获取String.class 线程a尝试获取integer.class.......... 无限阻塞下去

产生条件

虽然进程在运行过程中，可能发生死锁，但死锁的发生也必须具备一定的条件，死锁的发生必须具备以下四个必要条件。

1）互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。

2）请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。

3）不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。

4）环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。

产生原因

死锁产生原因主要有两种，一种是竞争资源引起的，另一种是进程推进顺序异常引起的。

1，竞争资源

产生死锁中的竞争资源指的是竞争不可剥夺资源和临时资源。

可剥夺资源和不可剥夺资源

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。例如，优先权高的进程可以剥夺优先权低的进程的处理机。又如，内存区可由存储器管理程序，把一个进程从一个存储区移到另一个存储区，此即剥夺了该进程原来占有的存储区，甚至可将一进程从内存调到外存上，可见，CPU和主存均属于可剥夺性资源。

不可剥夺资源，是指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。

竞争不可剥夺资源

在系统中所配置的不可剥夺资源，由于它们的数量不能满足诸进程运行的需要，会使进程在运行过程中，因争夺这些资源而陷于僵局。例如，系统中只有一台打印机R1和一台磁带机R2，可供进程P1和P2共享。假定PI已占用了打印机R1，P2已占用了磁带机R2，若P2继续要求打印机R1，P2将阻塞；P1若又要求磁带机，P1也将阻塞。于是，在P1和P2之间就形成了僵局，两个进程都在等待对方释放自己所需要的资源，但是它们又都因不能继续获得自己所需要的资源而不能继续推进，从而也不能释放自己所占有的资源，以致进入死锁状态。

竞争临时资源

上面所说的打印机资源属于可顺序重复使用型资源，称为永久资源。还有一种所谓的临时资源，这是指由一个进程产生，被另一个进程使用，短时间后便无用的资源，故也称为消耗性资源，如硬件中断、信号、消息、缓冲区内的消息等，它也可能引起死锁。例如，SI，S2，S3是临时性资源，进程P1产生消息S1，又要求从P3接收消息S3；进程P3产生消息S3，又要求从进程P2处接收消息S2；进程P2产生消息S2，又要求从P1处接收产生的消息S1。如果消息通信按如下顺序进行：

P1: ···Relese（S1）；Request（S3）； ···

P2: ···Relese（S2）；Request（S1）； ···

P3: ···Relese（S3）；Request（S2）； ···

并不可能发生死锁。但若改成下述的运行顺序：

P1: ···Request（S3）；Relese（S1）；···

P2: ···Request（S1）；Relese（S2）； ···

P3: ···Request（S2）；Relese（S3）； ···

则可能发生死锁。

2，进程推进顺序不当引起死锁

由于进程在运行中具有异步性特征，这可能使P1和P2两个进程按下述两种顺序向前推进。

1） 进程推进顺序合法

当进程P1和P2并发执行时，如果按照下述顺序推进：

P1：Request（R1）；

P1：Request（R2）；

P1: Relese（R1）；

P1: Relese（R2）；

P2：Request（R2）；

P2：Request（R1）；

P2: Relese（R2）；

P2: Relese（R1）；

这两个进程便可顺利完成，这种不会引起进程死锁的推进顺序是合法的。

2） 进程推进顺序非法

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。

处理方式

在系统中已经出现死锁后，应该及时检测到死锁的发生，并采取适当的措施来解除死锁。目前处理死锁的方法可归结为以下四种：

1) 预防死锁。

这是一种较简单和直观的事先预防的方法。方法是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者几个，来预防发生死锁。预防死锁是一种较易实现的方法，已被广泛使用。但是由于所施加的限制条件往往太严格，可能会导致系统资源利用率和系统吞吐量降低。

由于资源互斥是资源使用的固有特性是无法改变的。所以只能通过破坏其余三个条件来预防死锁。

破坏“不可剥夺”条件：一个进程不能获得所需要的全部资源时便处于等待状态，等待期间他占有的资源将被隐式的释放重新加入到 系统的资源列表中，可以被其他的进程使用，而等待的进程只有重新获得自己原有的资源以及新申请的资源才可以重新启动，执行。

破坏”请求与保持“条件：第一种方法静态分配即每个进程在开始执行时就申请他所需要的全部资源。第二种是动态分配即每个进程在申请所需要的资源时他本身不占用系统资源。

破坏“循环等待”条件：采用资源有序分配其基本思想是将系统中的所有资源顺序编号，将紧缺的，稀少的采用较大的编号，在申请资源时必须按照编号的顺序进行，一个进程只有获得较小编号的进程才能申请较大编号的进程。

2) 避免死锁。

该方法同样是属于事先预防的策略，但它并不须事先采取各种限制措施去破坏产生死锁的的四个必要条件，而是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，从而避免发生死锁。

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：（详见学习笔记-银行家算法）首先需要定义状态和安全状态的概念。系统的状态是当前给进程分配的资源情况。因此，状态包含两个向量Resource（系统中每种资源的总量）和Available（未分配给进程的每种资源的总量）及两个矩阵Claim（表示进程对资源的需求）和Allocation（表示当前分配给进程的资源）。安全状态是指至少有一个资源分配序列不会导致死锁。当进程请求一组资源时，假设同意该请求，从而改变了系统的状态，然后确定其结果是否还处于安全状态。如果是，同意这个请求；如果不是，阻塞该进程知道同意该请求后系统状态仍然是安全的。

3)检测死锁。

这种方法并不须事先采取任何限制性措施，也不必检查系统是否已经进入不安全区，此方法允许系统在运行过程中发生死锁。但可通过系统所设置的检测机构，及时地检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源，然后采取适当措施，从系统中将已发生的死锁清除掉。

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)解除死锁。

　　这是与检测死锁相配套的一种措施。当检测到系统中已发生死锁时，须将进程从死锁状态中解脱出来。常用的实施方法是撤销或挂起一些进程，以便回收一些资源，再将这些资源分配给已处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态，以继续运行。死锁的检测和解除措施，有可能使系统获得较好的资源利用率和吞吐量，但在实现上难度也最大。

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。

本文的初衷为学习笔记的分享，部分图文来源于网络，如侵，联删。

,