详解死锁：产生原因、条件、解决方法及预防措施

am928 · 发表于 14 小时前

本文目的

本文旨在向大家详细介绍死锁，它包含死锁产生的原因，有产生的条件，还有解决方法，以及如何预防。

死锁是什么

所谓死锁，是指在执行过程中，两个或两个以上的进程因争夺资源，造成互相等待的现象。若无外力作用，这些进程都无法推进下去。此时称系统处于死锁状态，或者说系统产生了死锁。这些永远在互相等待的进程，称为死锁进程。资源占用具有互斥性，某个进程提出资源申请后，有关进程在没有外力协助的情况下，永远无法分配到必需的资源，进而无法继续运行，这种情况产生了一种特殊现象，即死锁。

示例：

线程A持有独占锁a，此时它尝试去获取独占锁b，与此同时，线程B持有独占锁b，并且线程B尝试获取独占锁a，在这种情况下，AB两个线程会因为互相持有对方需要的锁，从而发生阻塞现象，我们将这种阻塞现象称为死锁。

<p><pre class="syl-page-code"> <code> public class DeadLockDemo {
公共静态无效主函数，使用字符串数组参数
      // 线程a
创建一个新线程对象td1 ，该线程对象基于一个实现了Runnable接口的对象，此对象通过匿名内部类的方式定义。
         public void run() {
            DeadLockDemo.method1();
         }
      });
      // 线程b
创建一个新的线程对象td2 ，该线程对象基于一个实现了Runnable接口的对象。
         public void run() {
            DeadLockDemo.method2();
         }
      });
      td1.start();
      td2.start();
}
公共静态无效方法1（） {
      synchronized (String.class) {
         try {
            Thread.sleep(2000);
} catch (被中断异常 e) {
            e.printStackTrace();
         }
System.out.println("线程a进行尝试","去获取integer.class");
对Integer类进行同步锁定，
         }
      }
}
公共静态无效方法2（）

对整数类进行同步处理，在其作用域内执行后续代码块。
         try {
            Thread.sleep(2000);
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }
系统输出打印“线程b尝试获取String.class”
         synchronized (String.class) {
         }
      }
}
}
----------------
线程b尝试获取String.class
线程a进行尝试，去获取integer.class 。
无限阻塞下去</code></pre></p>
产生条件

进程在运行过程中，有可能发生死锁，不过死锁的发生需要具备一定条件，死锁发生必须具备以下四个必要条件。

互斥条件是指，进程对所分配到的资源进行排他性使用。也就是说，在一段时间内，某资源只由一个进程占用。如果此时还有其他进程请求资源，那么请求者只能等待，直到占有资源的进程用毕释放。

请求和保持条件是指，进程已经保持了至少一个资源，它又提出了新的资源请求，该资源已被其他进程占有，这时请求进程阻塞，不过它对自己已获得的其他资源保持不放。

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，这就是不剥夺条件。

环路等待条件是指，在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链。也就是进程集合{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，以此类推，Pn正在等待已被P0占用的资源。

产生原因

死锁产生原因主要存在两种情况，一种是由竞争资源所引发的，另一种是因进程推进顺序异常所导致的。

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

可剥夺资源是这样一种资源，某进程获得这类资源后，该资源能够被其他进程或系统剥夺。比如，优先权高的进程能剥夺优先权低的进程的处理机。又如，存储器管理程序能把一个进程从一个存储区移到另一个存储区，这会剥夺该进程原来占有的存储区，甚至还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。

不可剥夺资源是这样一种资源，当系统把这类资源分配给某进程后，就不能强行收回，只能在进程用完后自行释放，像磁带机、打印机等就是这类资源。

竞争不可剥夺资源

系统中配置了不可剥夺资源，这些资源的数量无法满足各个进程运行的需求，进程在运行时，会因为争夺这些资源而陷入僵局，例如，系统里仅有一台打印机R1以及一台磁带机R2，可供进程P1和P2共同使用。假设PI占用了打印机R1，P2占用了磁带机R2，要是P2继续请求打印机R1，那么P2会阻塞，要是P1又请求磁带机，P1同样会阻塞。于是，P1和P2之间形成了僵局，两个进程都在等待对方释放自己所需资源，然而它们都因无法继续获得所需资源而不能继续推进，进而也不能释放自己所占资源，最终进入死锁状态。

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，这种资源被称为永久资源。还有一种资源被称作临时资源，它由一个进程产生，会被另一个进程使用，在短时间后就变得无用，所以也被称为消耗性资源，像硬件中断、信号、消息、缓冲区内的消息等都属于临时资源，它也有可能引发死锁。SI、S2、S3属于临时性资源，进程P1生成消息S1，同时还需要从P3接收消息S3；进程P3产生消息S3，并且还要求从进程P2接收消息S2；进程P2产生消息S2，另外还要求从P1接收所产生的消息S1。要是消息通信依照如下顺序开展：

P1: ···（S1）；（S3）； ···

P2: ···（S2）；（S1）； ···

P3: ···（S3）；（S2）； ···

并不可能发生死锁。但若改成下述的运行顺序：

P1: ···（S3）；（S1）；···

P2: ···（S1）；（S2）； ···

P3: ···（S2）；（S3）； ···

则可能发生死锁。

2，进程推进顺序不当引起死锁

进程在运行的时候具有异步性的特征，这有可能让P1和P2这两个进程按照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：（R1）；

P1：（R2）；

P1: （R1）；

P1: （R2）；

P2：（R2）；

P2：（R1）；

P2: （R2）；

P2: （R1）；

这两个进程能够顺利完成，这种推进顺序不会引起进程死锁，它是合法的。

2）进程推进顺序非法

若P1保持了资源R1，若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：（R2）时，将因R2已被P2占用而阻塞，当P2运行到P2：（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

系统中出现死锁后，要及时检测到死锁发生，采取适当措施解除死锁。目前处理死锁的方法可归结为以下四种：

1) 预防死锁。

这是一种事先预防的方法，它比较简单和直观。该方法是通过设置某些限制条件，以此去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或者几个，进而预防死锁的发生。预防死锁是一种较易实现的方法，已经被广泛使用。然而因为所施加的限制条件往往过于严格，所以可能会导致系统资源利用率降低，也可能会导致系统吞吐量降低。

资源互斥是资源使用的固有特性，这是无法改变的。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：当一个进程不能获得所需的全部资源时，它便处于等待状态，在等待期间，它占有的资源会被隐式释放，重新加入到系统的资源列表中，这些资源可被其他进程使用，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后，才可以重新启动并执行。

破坏“请求与保持”条件，有第一种方法，即静态分配，也就是每个进程在开始执行时，就申请它所需要的全部资源。还有第二种方法，即动态分配，也就是每个进程在申请所需要的资源时，它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，把紧缺的、稀少的资源采用较大的编号，申请资源时必须按照编号顺序进行，一个进程只有先获得较小编号的资源，才能申请较大编号的资源。

2) 避免死锁。

该方法属于事先预防的策略，它不须事先采取各种限制措施来破坏产生死锁的四个必要条件，而是在资源动态分配过程中，用某种方法防止系统进入不安全状态，进而避免发生死锁。

预防死锁的几种策略，会对系统性能造成严重损害。所以在避免死锁时，要施加较弱限制，以此获得较满意的系统性能。因为在避免死锁的策略里，允许进程动态申请资源。所以，系统在进行资源分配前会预先计算资源分配的安全性。若此次分配不会让系统进入不安全状态，就将资源分配给进程；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）首先要定义状态的概念，还要定义安全状态的概念。系统的状态指的是当前给进程分配资源的情况。所以，状态包含两个向量，一个是系统中每种资源的总量，另一个是未分配给进程的每种资源的总量。并且，状态还包含两个矩阵，一个是Claim，表示进程对资源的需求，另一个是表示当前分配给进程的资源。安全状态的定义是，存在至少一个资源分配序列，该序列不会引发死锁。进程请求一组资源时，先假设同意此请求，这会改变系统状态。之后要确定改变状态后的结果是否仍处于安全状态。若处于安全状态，就同意这个请求；若不是安全状态，就阻塞该进程，直到同意该请求后系统状态依旧安全。

3)检测死锁。

这种方法不需要事先采取任何限制性措施，也不用检查系统是否进入不安全区，它允许系统在运行过程中发生死锁，可通过系统设置的检测机构，及时检测出死锁的发生，精确确定与死锁有关的进程和资源，然后采取适当措施，从系统中清除已发生的死锁。

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)解除死锁。

这是一种与检测死锁相配套的措施，当系统中检测到已发生死锁时，要把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，借此回收一些资源，然后将这些资源分配给已处于阻塞状态的进程，使其转为就绪状态，从而继续运行，死锁的检测和解除措施，有可能让系统获得较好的资源利用率和吞吐量，不过在实现上难度也是最大的。

剥夺资源，即从其他进程那里剥夺足够数量的资源，将这些资源给予死锁进程，以此来解除死锁状态。

撤消进程时，可以直接撤消处于死锁状态的进程，也可以撤消代价最小的进程，持续进行此操作，直到有足够的资源可用，死锁状态被消除；这里所说的代价，指的是优先级、运行代价、进程的重要性和价值等方面。

本文的目的是分享学习笔记，部分图文源自网络，若有侵权，请联系删除。

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