1.什么是線程死鎖

線程死鎖是并發(fā)編程中一個常見問題，它發(fā)生在兩個或多個線程永久性地阻塞彼此，等待對方釋放鎖，但沒有任何一方先行釋放鎖的情況下。簡單來說，每個線程都持有對方需要的資源而等待對方釋放資源，導(dǎo)致所有相關(guān)線程都無法繼續(xù)執(zhí)行下去。

線程死鎖通常涉及以下四個必要條件，這四個條件同時滿足時，死鎖就可能發(fā)生：

1. 互斥條件：資源不能被多個線程同時共享，只能由一個線程在任一時刻使用。
2. 至少有一個線程它必須持有一個資源且正在等待獲取一個當前被其他線程持有的資源：即線程已經(jīng)持有至少一個資源，但又試圖獲取另一個被其他線程持有的資源。
3. 資源不能被線程（主動）搶占：線程已經(jīng)獲取的資源在未使用完之前，不能被其他線程強行搶占。
4. 循環(huán)等待條件：發(fā)生死鎖時，必然存在一個線程—資源的循環(huán)等待鏈，每個線程持有一個資源并等待下一個線程所持有的資源。

解決或避免死鎖的方法通常包括：

• 破壞互斥條件：雖然對于某些資源（如打印機），這幾乎不可能實現(xiàn)，但對于軟件資源來說，可以通過允許某種程度的共享來實現(xiàn)。
• 破壞占有和等待條件：一種方法是要求線程一開始就請求所有必需資源，并且只有當所有請求都能被同時滿足時，才分配給該線程。
• 破壞不可搶占條件：如果某線程獲得了一部分資源但請求其他資源時被拒絕，那么它必須釋放已占有的資源，稍后再重新嘗試。
• 破壞循環(huán)等待條件：對所有資源進行排序，強制每個線程按順序請求資源，這樣就不會形成循環(huán)等待。

避免死鎖的關(guān)鍵是對資源的訪問進行仔細的控制和調(diào)度，以確保上述條件不會同時滿足。

2.形成死鎖的四個必要條件是什么

形成死鎖的四個必要條件通常被稱為死鎖的四個基本條件，它們是：

1. 互斥條件（Mutual Exclusion）：資源不能被共享，只能由一個線程（或進程）在任一時刻使用。即在一段時間內(nèi)某資源僅為一個線程所占用。如果此時還有其他線程請求該資源，則請求者只能等待，直到占有資源的線程釋放該資源。

2. 占有且等待條件（Hold and Wait）：一個線程（或進程）至少保持一個資源，并且等待獲取額外的資源，而這些額外的資源又被其他線程占有。線程因請求資源而阻塞時，對已獲得的資源保持不放。

3. 非搶占條件（No Preemption）：資源不能被強行從一個線程（或進程）中奪走，線程（或進程）必須自愿釋放資源。即一旦某線程已經(jīng)獲得了某資源，在未使用完之前，不能強行剝奪其資源。

4. 循環(huán)等待條件（Circular Wait）：存在一種線程（或進程）的等待循環(huán)，每個線程（或進程）都在等待下一個線程（或進程）所占有的資源。即在發(fā)生死鎖時，必然存在一個線程—資源的環(huán)形鏈，鏈中的每一個線程（或進程）至少已經(jīng)占有一個資源，又在等待獲取下一個線程（或進程）已經(jīng)占有的資源。

只有當這四個條件同時成立時，才會發(fā)生死鎖。理解這些條件有助于在設(shè)計和開發(fā)軟件時采取相應(yīng)的預(yù)防和避免策略，從而減少或消除死鎖的可能性。

3.如何避免線程死鎖

避免線程死鎖是多線程程序設(shè)計中的一個關(guān)鍵考慮點。雖然徹底避免死鎖可能很困難，但以下策略可以顯著減少發(fā)生死鎖的風(fēng)險：

1. 避免一些必要條件：

   • 互斥：對于一些資源（如打印機），互斥是必須的，但對于可共享的資源（如只讀數(shù)據(jù)），可以通過允許多個線程共享資源來避免互斥。
   • 持有并等待：要求線程在開始執(zhí)行前請求所有必需的資源，并且只有當所有資源都可以被同時分配時，線程才能開始執(zhí)行。這樣做可以減少死鎖，但可能會降低資源的利用率。
   • 不可搶占：如果一個線程已經(jīng)持有一些資源但請求其他資源失敗，可以讓它釋放所有已持有的資源，從而允許其他線程使用它們，然后重新嘗試。
   • 循環(huán)等待：通過定義所有資源的線性順序，并強制所有線程按此順序請求資源，可以破壞循環(huán)等待條件。

2. 使用鎖超時：

   • 在嘗試獲取鎖時使用超時機制是一種避免死鎖的實用方法。如果線程在指定時間內(nèi)無法獲取所有必需的鎖，它會自動釋放已經(jīng)獲取的鎖并重新嘗試。這種方法增加了死鎖解除的可能性，但可能會引入性能問題。

3. 死鎖檢測與恢復(fù)：

   • 雖然這不是預(yù)防死鎖的方法，但通過定期檢查死鎖的存在，并采取措施（如回滾某些操作或強制釋放一些資源）來打破死鎖，也是處理死鎖問題的一種方式。

4. 使用順序鎖定：

   • 一種避免死鎖的簡單方法是在程序中對所有需要鎖定的資源進行排序，并確保每個線程按照這一確定的順序獲取鎖。這樣做可以有效避免循環(huán)等待的條件。

5. 減少鎖的粒度：

   • 使用更細粒度的鎖或其他同步機制（如并發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），可以減少鎖的爭用，從而減少死鎖的可能性。但這也可能增加編程的復(fù)雜性。

6. 使用非阻塞同步機制：

   • 采用非阻塞的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，如使用原子變量和無鎖編程技術(shù)，可以完全避免死鎖。這些技術(shù)通過消除傳統(tǒng)的鎖機制，來確保線程間的同步。

通過綜合應(yīng)用以上策略，可以大大降低多線程應(yīng)用程序發(fā)生死鎖的風(fēng)險。然而，完全避免死鎖通常需要仔細的設(shè)計和深思熟慮的資源管理策略。