面试17解析-死锁

Posted 2021-05-01 Java面试那些事儿

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了面试17解析-死锁相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

请结合经典案例－哲学家就餐，来谈谈你对死锁的理解，以及怎么预防和解除死锁？

本文阅读大概需要20分钟。

这个题目主要考查死锁相关的问题。

一

哲学家就餐

描述：在一张圆桌上，有n个哲学家，n支筷子，他们的生活方式只是交替地进行思考和进餐，饥饿时便试图取其左、右最靠近他的筷子，只有在他拿到两支筷子时才能进餐，进餐完毕，放下筷子又继续思考。

根据描述，实现代码如下：

public class Question17 {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        int sum = 5;
        Chopstick[] chopsticks = new Chopstick[sum];
        for (int i = 0; i < sum; i++) {
            chopsticks[i] = new Chopstick(i);
        }
        for (int i = 0; i < sum; i++) {
            exec.execute(new Philosopher(chopsticks[i], chopsticks[(i + 1) % sum], i));
        }
    }
}

// 筷子
class Chopstick {

    //筷子位置
    private int id;
    //状态
    private boolean isUsed = false;

    public Chopstick(int id) {
        this.id = id;
    }

    //拿取
    public synchronized void take() throws InterruptedException {
        while (isUsed) {
            wait();
        }
        System.err.println(this + " 被使用");
        isUsed = true;
    }

    //放下
    public synchronized void drop() {
        isUsed = false;
        System.err.println(this + " 被放下");
        notifyAll();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "筷子[" + id + ']';
    }
}

// 哲学家
class Philosopher implements Runnable {

    private Chopstick left;
    private Chopstick right;
    private int id;
    private Random rand = new Random();

    public Philosopher(Chopstick left, Chopstick right, int id) {
        this.left = left;
        this.right = right;
        this.id = id;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (!Thread.interrupted()) {
            try {
                think();
                System.out.println(this + " 想吃饭！");
                eat();
            } catch (InterruptedException e) {
                System.err.println(this+" InterruptedException");
            }
        }
    }

    //思考
    private void think() throws InterruptedException {
        System.out.println(this + " 思考...");
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(rand.nextInt(1) * 100);
    }

    //吃饭
    private void eat() throws InterruptedException {
        left.take();
        right.take();
        System.out.println(this + " 正在吃饭...");
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(rand.nextInt(2) * 100);
        left.drop();
        right.drop();
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "哲学家[" + id + ']';
    }
}

运行结果如图所示：

面试17解析-死锁

通过运行结果，我们可以发现，到最后，没有一个哲学家能过同时获取两只筷子吃饭。

二

为什么会产生死锁

死锁问题被认为是线程/进程间切换消耗系统性能的一种极端情况。在死锁时，线程/进程间相互等待资源，而又不释放自身的资源，导致无穷无尽的等待，其结果是任务永远无法执行完成。哲学家问题便是线程资源竞争导致的死锁现象，在程序运行一段时间后，程序所处的状态是n位哲学家（n个线程）都各自获取了一只筷子的状态，此时所有哲学家都想获取第二只筷子去吃饭，但是共享资源n只筷子已经都被n位哲学家握在手里了，彼此想要的筷子都在其他哲学家手中，又没有机制能让任何哲学家放弃握在手中的筷子，从而照成了所有哲学家（所有线程）都在等待其他人手中资源的死锁问题。

产生死锁的四个必要条件：