线程死锁和活锁问题

死锁

• 定义：多个线程因竞争资源而造成的一种僵局（互相等待），若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。

• 产生原因：

  • 通常系统中拥有的不可剥夺资源，其数量不足以满足多个进程运行的需要，使得进程在 运行过程中，会因争夺资源而陷入僵局
  • 进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致死锁
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• 死锁的四个条件

  • 互斥条件：线程使用的资源必须至少有一个是不能共享的（至少有锁）；
  • 请求与保持条件：至少有一个线程必须持有一个资源并且正在等待获取一个当前被其它线程持有的资源（至少两个线程持有不同锁，又在等待对方持有锁）；
  • 非剥夺条件：分配资源不能从相应的线程中被强制剥夺（不能强行获取被其他线程持有锁）；
  • 循环等待条件：第一个线程等待其它线程，后者又在等待第一个线程（线程A等线程B；线程B等线程C;…;线程N等线程A。如此形成环路）。

• 死锁预防

  • 加锁顺序

    当多个线程需要相同的一些锁，但是按照不同的顺序加锁，死锁就很容易发生。如果能确保所有的线程都是按照相同的顺序获得锁，那么死锁就不会发生。这种方式是一种有效的死锁预防机制。但是，这种方式需要你事先知道所有可能会用到的锁，但总有些时候是无法预知的。

  • 加锁时限
    在尝试获取锁的时候加一个超时时间，这也就意味着在尝试获取锁的过程中若超过了这个时限该线程则放弃对该锁请求。若一个线程没有在给定的时限内成功获得所有需要的锁，则会进行回退并释放所有已经获得的锁。

  • 死锁检测（检测死锁的比如有jstack）

    死锁检测是一个更好的死锁预防机制，它主要是针对那些不可能实现按序加锁并且锁超时也不可行的场景。每当一个线程获得了锁，会在线程和锁相关的数据结构中（map等等）将其记下。除此之外，每当有线程请求锁，也需要记录在这个数据结构中。检测到死锁之后：

    一个可行的做法是释放所有锁，回退，并且等待一段随机的时间后重试。这个和简单的加锁超时类似，不一样的是只有死锁已经发生了才回退，而不会是因为加锁的请求超时了。虽然有回退和等待，但是如果有大量的线程竞争同一批锁，它们还是会重复地死锁。

    一个更好的方案是给这些线程设置优先级，让一个（或几个）线程回退，剩下的线程就像没发生死锁一样继续保持着它们需要的锁。如果赋予这些线程的优先级是固定不变的，同一批线程总是会拥有更高的优先级。为避免这个问题，可以在死锁发生的时候设置随机的优先级。

• 打破死锁：任意一个进程释放资源，或不申请资源

活锁

• 定义：任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试，失败，尝试，失败。

  活锁和死锁的区别在于，处于活锁的实体是在不断的改变状态，所谓的“活”， 而处于死锁的实体表现为等待；活锁有可能自行解开，死锁则不能。

• 活锁的类型：

  • 单一实体的活锁：线程从队列中拿出一个任务来执行，如果任务执行失败，那么将任务重新加入队列，继续执行。假设任务总是执行失败，或者某种依赖的条件总是不满足，那么线程一直在繁忙却没有任何结果。

  • 协同导致的活锁：

    通信中也有类似的例子，多个用户共享信道（最简单的例子是大家都用对讲机），同一时刻只能有一方发送信息。发送信号的用户会进行冲突检测， 如果发生冲突，就选择避让，然后再发送。 假设避让算法不合理，就导致每次发送，都冲突，避让后再发送，还是冲突。

    生活中的典型例子： 两个人在窄路相遇，同时向一个方向避让，然后又向另一个方向避让，如此反复。

    计算机中的例子：两个线程发生了某些条件的碰撞后重新执行，那么如果再次尝试后依然发生了碰撞，长此下去就有可能发生活锁。

• 活锁的解决：

  • 调整重试机制:比如暂停一定时间进行重试，避免碰撞的可能。