死锁的问题

本文介绍了死锁的概念及其发生的四个必要条件,并通过哲学家就餐问题的实例解释了如何通过破坏循环等待条件来避免死锁的发生。

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1.某个任务在等待另个任务,而后者有等待别的任务,这样一直下去,直到这个链条上的任务又在等待第一个任务释放锁,这种现象就称为死锁。

2.当以下四个条件同时满足时,就会发生死锁:
(1)互斥条件:线程使用的资源中至少有一个是不能共享的。这里,一根筷子一次就只能被一个哲学家使用。
(2)至少有一个进程持有一个资源,并且它在等待获取一个当前被别的进程持有的资源。也就是说,要发生死锁,哲学家必须拿着一根筷子并且等待另一根。
(3)资源不能被进程抢占。所有的进程必须把资源释放作为普通事件。哲学家很有礼貌,他们不会从其他哲学家那里抢筷子。
(4)必须有循环等待,这时,一个进程等待其它进程持有的资源,后者又在等待另一个进程持有的资源,这样一直下去,直到有一个进程在等待第一个进程持有的资源,使得大家都被锁住。


因为要发生死锁的话,所有这些条件必须全部满足,所以你要防止死锁的话,只需破坏其中一个即可。在程序中,防止死锁最容易的方法是破坏条件4。有这个条件的原因是每个哲学家都试图用特定的顺序拿筷子:先左后右。正因为如此,就可能会发生“每个人都拿着左边的筷子,并等待右边的筷子”的情况,这就是循环等待条件。然而,如果最后一个哲学家被初始化成先拿右边的筷子,后拿左边的筷子,那么这个哲学家将永远不会阻止其左边的哲学家拿起他/她右边的筷子,这就打破了循环等待。这只是问题的解决方法之一,你也可以通过破坏其它条件来防止死锁(具体细节请参考更高级的线程书籍)。Java对死锁并没有提供语言层面上的支持;能否通过小心的程序设计以避免死锁,取决于你自己。对于正在试图调试一个有死锁的程序的程序员来说,没有什么更好消息。


发生死锁的代码如下:
public class Chopstick {
private boolean taken = false;

public synchronized void take() throws InterruptedException {
while (taken)
wait();
taken = true;
}

public synchronized void drop() {
taken = false;
notifyAll();
}
}

public class Philosopher implements Runnable {
private Chopstick left;
private Chopstick right;
private final int id;
private final int ponderFactor;
private Random rand = new Random(47);

private void pause() throws InterruptedException {
if (ponderFactor == 0)
return;
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(rand.nextInt(ponderFactor * 250));
}

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

public void run() {
try {
while (!Thread.interrupted()) {
System.out.println(this + " " + "thinking");
pause();
// Philosopher becomes hungry
System.out.println(this + " " + "grabbing right");
right.take();
System.out.println(this + " " + "grabbing left");
left.take();
System.out.println(this + " " + "eating");
pause();
right.drop();
left.drop();
}
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(this + " " + "exiting via interrupt");
}
}

public String toString() {
return "Philosopher " + id;
}
}
public class DeadlockingDiningPhilosophers {
public static void main(String[] args) throws Exception {
int ponder = 0;

int size = 5;

ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
Chopstick[] sticks = new Chopstick[size];
for (int i = 0; i < size; i++)
sticks[i] = new Chopstick();
for (int i = 0; i < size; i++)
exec.execute(new Philosopher(sticks[i], sticks[(i + 1) % size], i,
ponder));
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println("Press 'Enter' to quit");
System.in.read();
exec.shutdownNow();
}
}

ponder 时间越小,发生死锁的概率越大

改进后的代码:
public class FixedDiningPhilosophers {
public static void main(String[] args) throws Exception {
int ponder = 0;
int size = 5;
ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
Chopstick[] sticks = new Chopstick[size];
for (int i = 0; i < size; i++)
sticks[i] = new Chopstick();
for (int i = 0; i < size; i++)
if (i < (size - 1))
exec.execute(new Philosopher(sticks[i], sticks[i + 1], i,
ponder));
else
exec.execute(new Philosopher(sticks[0], sticks[i], i, ponder));
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
System.out.println("Press 'Enter' to quit");
System.in.read();
exec.shutdownNow();
}
}

主要是破坏循环等待的条件
内容概要:本文深入探讨了金属氢化物(MH)储氢系统在燃料电池汽车中的应用,通过建立吸收/释放氢气的动态模型和热交换模型,结合实验测试分析了不同反应条件下的性能表现。研究表明,低温环境有利于氢气吸收,高温则促进氢气释放;提高氢气流速和降低储氢材料体积分数能提升系统效率。论文还详细介绍了换热系统结构、动态性能数学模型、吸放氢特性仿真分析、热交换系统优化设计、系统控制策略优化以及工程验证与误差分析。此外,通过三维动态建模、换热结构对比分析、系统级性能优化等手段,进一步验证了金属氢化物储氢系统的关键性能特征,并提出了具体的优化设计方案。 适用人群:从事氢能技术研发的科研人员、工程师及相关领域的研究生。 使用场景及目标:①为储氢罐热管理设计提供理论依据;②推动车载储氢技术的发展;③为金属氢化物储氢系统的工程应用提供量化依据;④优化储氢系统的操作参数和结构设计。 其他说明:该研究不仅通过建模仿真全面验证了论文实验结论,还提出了具体的操作参数优化建议,如吸氢阶段维持25-30°C,氢气流速0.012g/s;放氢阶段快速升温至70-75°C,水速18-20g/min。同时,文章还强调了安全考虑,如最高工作压力限制在5bar以下,温度传感器冗余设计等。未来的研究方向包括多尺度建模、新型换热结构和智能控制等方面。
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