死锁现象与解决方法

Posted by 谢玄xx on April 27, 2022

前言

死锁现象多出现于Java开发环境,与本人所处的开发环境与开发状态相关度不高。但作为几乎必然会出现的开发现象,死锁相关知识点理应被重视。 当前本项目所涉及到类似“死锁”现象都集中于使三极管/MOSFET强制发一个高电平,之后电路就进入了平稳运行状态。这种处理方式是通过连接仿真器进行在线仿真,修改寄存器对应标志位来实现的。下面我们将关注在纯软件开发工作中(尤其是Java),死锁现象的解释与可能的解决方案。

死锁现象在实际生活中的表现——十字路口拥堵

                            死锁现象在实际生活中的表现——十字路口拥堵

什么是死锁?

死锁(Deadlock):是指两个或两个以上的进程在执行过程(申请资源)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。称此时系统处于死锁状态或系统产生了死锁。有时,如果所申请的资源被其他等待进程占有,那么该等待进程有可能再也无法改变状态。我们称这些永远在互相等待的进程为死锁进程。

这句话的核心在于三处:

  1. “两个或两个以上的进程”:也就是说死锁必定是在并发“进程”(这里的进程可以看作是一个泛指,具体要看这个系统是什么)间产生,单个进程不会产生死锁。
  2. “资源争夺”:这些并发的进程必须互相争夺资源,如果一个系统存在并发的进程,但是大家都井水不犯河水,那么也不会产生死锁。
  3. 造成的结果是这些进程进入一种状态,各个进程都无法继续推进,如果没有外力,这些进程无法跳出这个状态。

或许,死锁的最好例证是:Kansas 立法机构在 20 世纪初通过的一项法律,其中说道:“当两列列车在十字路口逼近时,它们应完全停下来,并且在一列列车开走之前另一列列车不能再次启动。”

产生死锁的必要条件

  • 互斥条件:一个资源每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,对已获得的资源保持不放。
  • 不剥夺条件:进程已获得的资源,在末使用完之前,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循环等待资源关系。

只要系统发生死锁,这些条件必然成立,而只要上述条件之一不满足,就不会发生死锁。

死锁预防

  • 破坏互斥条件——例如假脱机打印机技术允许若干个进程同时输出,唯一真正请求物理打印机的进程是打印机守护进程。

  • 破坏占有和等待条件——一种实现方式是规定所有进程在开始执行前请求所需要的全部资源。

  • 破坏不可抢占条件

  • 破坏环路等待——给资源统一编号,进程只能按编号顺序来请求资源。在我的项目中,破坏环路等待的方法就是SPI程序部分的switch case。通过case执行不同任务,从而避免资源申请过程中出现冲突。

如何处理死锁状态?

在系统设计、进程调度等方面注意如何不让上述四个必要条件成立,如何确定资源的合理分配算法,避免进程永久占据系统资源,这就是避免、预防和解决死锁的最佳实践。
此外,也要防止进程在处于等待状态的情况下占用资源。因此,对资源的分配要给予合理的规划。

一般来说,处理死锁问题有四种方法:

  1. 通过协议来预防或避免死锁,确保系统不会进入死锁状态。
  2. 可以允许系统进入死锁状态,然后检测它,并加以恢复。
  3. 鸵鸟策略:不处理死锁,因为用户一般对产生死锁的体验低,且处理消耗资源高,发生概率低,所以不处理;
  4. 利用杀死进程的方式,强制释放占用资源,使闭环消失。