面试题：写一个死锁示例

Posted 2021-05-29 楼兰胡杨

介绍什么是死锁，并手写一个死锁的示例。

前言

  我们首先需要知道，死锁一定发生在并发场景中。为了保证线程安全，有时会给程序使用各种能保证并发安全的工具，尤其是锁，但是如果在加解锁过程中处理不恰当，就有可能适得其反，导致程序出现死锁的情况。

什么是死锁

  什么是死锁？死锁是这样一种情形：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。

  Java应用程序死锁产生的四个必要条件：
  1、互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用。
  2、不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
  3、请求和保持，即当资源请求者在请求其它资源的同时保持对原有资源的占有。
  4、循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待闭环。

  当上述四个条件都成立的时候，便形成死锁。当然，如果打破上述任何一个条件，便可终结死锁。

  解决死锁问题的方法常用的有三种：一种是用synchronized，一种是用Lock显式锁实现，另一种是在分布式环境中加分布式锁。

  死锁是一种状态，当两个（或多个）线程（或进程）相互持有对方所需要的资源，却又都不主动释放自己手中所持有的资源，导致大家都获取不到自己想要的资源，所有相关的线程（或进程）都无法继续往下执行，在未改变这种状态之前都不能向前推进，我们就把这种状态称为死锁状态，认为它们发生了死锁。简而言之，死锁就是两个或多个线程（或进程）被无限期地阻塞，相互等待对方手中资源的一种状态。

      图1 两个线程死锁的情况

  如图所示，线程1已经持有了锁1，同时线程2也已经持有了锁2，然后线程1尝试获取锁2，但是线程2并没有释放锁2，所以线程1处于阻塞状态；同理可得，线程2获取锁1也会被阻塞。由此可见，线程1和线程2就发生了死锁，因为它们都相互持有对方想要的资源，却又不释放自己手中的资源，形成相互等待，而且会一直等待下去。

2 死锁的影响和危害

2.1 死锁的影响

  死锁的影响在不同系统中是不一样的，影响的大小一部分取决于当前这个系统或者环境对死锁的处理能力。

2.1.1 数据库中

  例如，在数据库系统软件的设计中，考虑了监测死锁以及从死锁中恢复的情况。在执行一个事务的时候可能需要获取多把锁，并一直持有这些锁直到事务完成。在某个事务中持有的锁可能在其它事务中也需要，因此在两个事务之间有可能发生死锁的情况；一旦发生了死锁，如果没有外部干涉，那么两个事务就会永远的等待下去。

  但数据库系统不会放任这种情况发生，当数据库检测到这一组事务发生了死锁时，根据策略的不同，可能会选择放弃某一个事务，被放弃的事务就会释放掉它所持有的锁，从而使其它的事务继续顺利进行。此时程序可以重新执行被强行终止的事务，而这个事务现在就可以顺利执行了，因为所有跟它竞争资源的事务都已经在刚才执行完毕，并且释放资源了。

2.1.2 JVM 中

  在 JVM 中，对于死锁的处理能力就不如数据库那么强大了。如果在 JVM 中发生了死锁，JVM 并不会自动进行处理，所以一旦死锁发生，就会陷入无穷无尽的等待。

2.2 死锁的危害以及特点

  死锁和其它的并发安全问题一样，是概率性事件，也就是说，即使存在发生死锁的可能性，也并不是 100% 会发生的。如果每个锁的持有时间很短，那么发生冲突的概率就很低，所以死锁发生的概率也很低。但是在线上系统里，可能每天有几千万次的“获取锁”、"释放锁”操作，在巨量的加解锁过程中，整个系统发生问题的概率就会被放大，只要有某几次操作是有风险的，就可能会导致死锁的发生。

  也正是因为死锁“不一定会发生”的特点，导致提前找出死锁成为了一个难题。压力测试虽然可以检测出一部分可能发生死锁的情况，但是并不足以完全模拟真实、长期运行的场景，因此没有办法把所有潜在可能发生死锁的代码都找出来。

  死锁还会导致产生新的死锁，像滚雪球一样，越滚越大。其它线程因请求不到死锁进程已占用的资源而无法向前推进，也会发生死锁。所以如果线程出现了死锁，有可能产生多米诺骨牌效应，最终会导致操作系统崩溃。

  一旦发生了死锁，根据发生死锁的线程的职责不同，就可能会造成 子系统崩溃、性能降低甚至整个系统崩溃等各种不良后果。而且死锁往往发生在高并发、高负载的情况下，因为可能会直接影响到很多用户，造成一系列的问题。以上就是死锁发生几率不高但是危害大的特点。

3 必然死锁示例

  在实际编程中，要尽量避免出现死锁的情况，但是让你故意写一个死锁的程序时似乎也不太简单（有公司会出这样的面试题）。下面是用java代码来模拟一个简单的、产生死锁的例子，思路是创建两个字符串obj1和obj2，再创建两个线程la和lb，让每个线程都用synchronized关键字锁住字符串（la先锁obj1，再去锁obj2；lb先锁obj2，再锁obj1），如果la锁住obj1，lb锁住obj2，la就没办法锁住obj2，lb也没办法锁住obj1，这时就陷入了死锁。代码如下：

import java.util.Date;
 
public class LockTest {
   public static String obj1 = "obj1";
   public static String obj2 = "obj2";
   public static void main(String[] args) {
      LockA la = new LockA();
      new Thread(la).start();
      LockB lb = new LockB();
      new Thread(lb).start();
   }
}
class LockA implements Runnable{
   public void run() {
      try {
         System.out.println(new Date().toString() + " LockA 开始执行");
         while(true){
            synchronized (LockTest.obj1) {
               System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj1");
               Thread.sleep(3000); // 此处等待是给B能锁住机会
               synchronized (LockTest.obj2) {
                  System.out.println(new Date().toString() + " LockA 锁住 obj2");
                  Thread.sleep(60 * 1000); // 为测试，占用了就不放
               }
            }
         }
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}
class LockB implements Runnable{
   public void run() {
      try {
         System.out.println(new Date().toString() + " LockB 开始执行");
         while(true){
            synchronized (LockTest.obj2) {
               System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj2");
               Thread.sleep(3000); // 此处等待是给A能锁住机会
               synchronized (LockTest.obj1) {
                  System.out.println(new Date().toString() + " LockB 锁住 obj1");
                  Thread.sleep(60 * 1000); // 为测试，占用了就不放
               }
            }
         }
      } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

  运行以上代码后，控制台输出结果为：

Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockB 开始执行
Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockA 开始执行
Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockB 锁住 obj2
Tue May 05 10:51:06 CST 2015 LockA 锁住 obj1

  此时死锁产生。在 JVM 中如果发生死锁，可能会导致程序部分甚至全部功能无法继续向下执行的情况，所以死锁在 JVM 中所带来的危害和影响是比较大的，我们需要尽量避免。

Reference

• https://www.runoob.com/java/thread-deadlock.html
• https://www.cnblogs.com/baizhanshi/p/5437933.html