美团面试：有哪些情况会产生死锁

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。

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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 形成死锁的四个必要条件

1.互斥使用，获取锁的过程是互斥的。一个线程拿到了一把锁，另一个线程也想获取这把锁，就需要阻塞等待。

2.不可抢占。一个线程拿到了锁之后，只能主动解锁，不能让别的线程强行把锁抢走。

3.请求保持。一个线程拿到了锁A之后，在持有A的前提下，尝试获取B。

4.循环等待：存在一个进程链，每个进程都在等待下一个进程所占有的资源。

4 形成死锁的三种情况

第一种情况：

如果锁是不可进重入锁，并且一个线程对这把锁加锁了两次，那么它就会出现死锁的情况。

如果不是不可进重入锁。会出现下面的情况

举例：
package 多线程;
//死锁
public class ThreadDemo15 {
  public static void main(String[] args) {
      Object locker =new Object();
      Thread t = new Thread(()-> {
          synchronized (locker) {
              synchronized (locker) {//当前由于事同一个线程，此时锁对象，就知道第二次加锁的线程，就是持有锁的线程。第二次操作会直接放行。
                  System.out.println("hello");
              }
          }//在这里解锁
      });
      t.start();
  }
}

它就会打印一个hello。

如果是不可重进入锁

举例：

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class DeadlockExample {
  private static Lock lock = new ReentrantLock();
   
  public static void main(String[] args) {
      Thread thread = new Thread(() -> {
          lock.lock();
          System.out.println("Thread is holding the lock");

          // 尝试再次获取锁，会导致死锁
          lock.lock();

          System.out.println("This line will not be reached");
          lock.unlock();
      });

      thread.start();
  }
}

他就不会输出东西。

第二种情况：两个线程 两把锁

线程1 获取到 锁A

线程2 获取到 锁B

接下来，1 尝试获取B，2尝试获取A ，就会出现死锁。

一旦出现死锁，线程就会被卡住无法继续工作。

举例：

package 多线程;
//死锁
public class ThreadDemo16 {
  public static void main(String[] args) {
      Object A = new Object();
      Object B = new Object();
      Thread t1 = new Thread(()->{
          synchronized (A){
              try {
                  Thread.sleep(1000);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              //A尝试获取B，并没有释放A
              synchronized (B){
                  System.out.println("t1 拿到了B");
              }
          }
      });
      Thread t2 = new Thread(()->{
          synchronized (B){//约定加锁顺序，
              try {
                  Thread.sleep(1000);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              synchronized (A){
                  System.out.println("t2 拿到了A");
              }
          }
      });
      t1.start();
      t2.start();
  }
}

当我们输出结果就会发现它一直没有输出任何东西。当t1线程持有A的锁资源时，它尝试获取B，而同时t2线程持有B的锁资源，它尝试获取A，这样两个线程相互等待对方的锁资源，导致死锁的情况发生。

如何去解决这个问题呢，关键就在于死锁形成的四个必要条件，只要我们可以打破这四个必要条件，就不会形成死锁。这个题，我们约定好加锁的顺序的话，就不会出现死锁。

  package 多线程;
//死锁
public class ThreadDemo16 {
  public static void main(String[] args) {
      Object A = new Object();
      Object B = new Object();
      Thread t1 = new Thread(()->{
          synchronized (A){
              try {
                  Thread.sleep(1000);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              //A尝试获取B，并没有释放A
              synchronized (B){
                  System.out.println("t1 拿到了B");
              }
          }
      });
      Thread t2 = new Thread(()->{
          synchronized (A){//约定加锁顺序，
              try {
                  Thread.sleep(1000);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              synchronized (B){
                  System.out.println("t2 拿到了A");
              }
          }
      });
      t1.start();
      t2.start();
  }
}

当t1线程获取到A对象的锁资源后，它会尝试获取B对象的锁资源，但是此时B对象已经被t2线程锁住了，因此t1线程会进入等待状态。当t2线程获取到B对象的锁资源后，它会尝试获取A对象的锁资源，此时A对象没有被锁住，因此t2线程可以获取到A对象的锁资源，执行完成后释放锁资源，然后t1线程才能继续执行，获取B对象的锁资源，避免了死锁的发生。

第三种情况：N个线程 M把锁

哲学家进餐问题

描述了五位哲学家围坐在一张圆桌旁，每个人面前都有一碗米饭和一只筷子。这些哲学家只能用左手和右手各拿一只筷子进食。问题是，如何安排他们的动作，使得每个哲学家都能进餐？

问题分析 ：

由问题描述我们可以知道，一共有五个哲学家，也就是五个进程；五只筷子，也就是五个临界资源；因为哲学家想要进餐，必须要同时获得左边和右边的筷子，这就是要同时进入两个临界区（使用临界资源），才可以进餐。

问题解决：

一次只允许两个哲学家进餐，并且要求他们都拿到右手边的筷子后才能开始进食。引入一个仲裁者，即一个额外的实体负责协调哲学家的动作，以避免死锁的发生。使用资源分配算法，例如Dijkstra的银行家算法，来确保每个哲学家都能有足够的资源进餐。