产生死锁的四个必要条件

news2024/11/19 7:49:36

产生死锁的四个必要条件

互斥使用: 一个资源每次只能被一个线程使用。这意味着如果一个线程已经获取了某个资源（比如锁），那么其他线程就必须等待，直到该线程释放资源。

不可抢占: 已经获得资源的线程在释放资源之前，不能被其他线程抢占。只有拥有资源的线程自己能够释放资源，其他线程无法将其强行抢占。

请求保持: 一个线程在持有至少一个资源的情况下，又请求获取其他资源。这样的情况下，如果其他资源被其他线程持有并且不释放，就会导致请求线程等待，从而可能形成死锁。

循环等待: 存在一组等待进程 {P1, P2, ..., Pn}，其中P1等待P2持有的资源，P2等待P3持有的资源，...，Pn等待P1持有的资源。这样的循环等待条件是死锁的充分条件

注意以上是必要条件在数学中分必要条件充要条件等必要条件是四个缺一不可的

也就是说要产生死锁这些条件是不可或缺的

以上四个必要条件分别用java代码解释说明

互斥使用

不可抢占

请求保持

循环等待

互斥使用

互斥是指在多任务处理中，对共享资源的访问进行限制，确保同一时刻只有一个任务（或线程）能够访问共享资源。这种限制保证了对共享资源的安全访问，避免了数据竞争和数据不一致的问题。

在并发编程中，互斥通常通过锁（如Java中的`synchronized`关键字或`Lock`接口）来实现。当一个任务需要访问共享资源时，它会尝试获取锁，如果锁已被其他任务持有，则该任务会被阻塞，直到锁被释放。一旦任务获取到锁，它就可以安全地访问共享资源，在完成操作后释放锁，以便其他任务可以继续访问。

函数起名根据:

public static void criticalSection1() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入临界区");
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "离开临界区");
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            criticalSection1();
        }).start();
        new Thread(()->{
            criticalSection1();
        }).start();
    }

对于这段代码会有这样一个执行结果因为是并发执行的

可以看到在进程1进入临界区的时候 0也能进入临界区

接下来我们加上一段锁

private static final Object lock = new Object();

    public static void criticalSection() {
        synchronized(lock) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "进入临界区");
            // 这里是临界区，只有一个线程可以执行这段代码
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "离开临界区");
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(()->{
            criticalSection();
        }).start();
        new Thread(()->{
                    criticalSection();
                }).start();
    }

对于这段代码只有这一一种执行结果因为每次只有一个线程能够进入临界区执行代码，确保了临界区内的操作不会被并发执行，从而避免了数据竞争和数据不一致的问题。表现了互斥等到(两个或多个线程同时想要获取一个资源但是只能等到另一个释放)

不可抢占

public class Main3 {
    private static final Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        // 线程1获取锁并执行耗时操作
        new Thread(() -> {
            try {
                // 等待2启动，保证2在1之后获取锁
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized(lock) {
                System.out.println("线程1获得了锁");
                try {
                    // 模拟耗时操作
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("线程1释放了锁");
            }
        }).start();

        // 线程2尝试获取锁
        new Thread(() -> {
            try {
                // 等待一段时间，模拟线程2稍晚启动
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized(lock) {
                // 线程2无法获取锁，因为锁已被线程1持有
                System.out.println("线程2获得了锁");
            }
            System.out.println("线程2释放了锁");
        }).start();
    }
}

以上代码有两种执行结果

线程2获得了锁
线程2释放了锁
线程1获得了锁
线程1释放了锁

线程1获得了锁
线程1释放了锁
线程2获得了锁
线程2释放了锁

而没有 1获得了锁下一句是2释放了锁这种情况

这就表现不可抢占的特性，即已经获得资源的线程在释放资源之前，不能被其他线程抢占。

请求保持

先想一下这段话: 一个线程在持有至少一个资源的情况下，又请求获取其他资源。这样的情况下，如果其他资源被其他线程持有并且不释放，就会导致请求线程等待，从而可能形成死锁。

我们可以理解为

t1线程在持有lock资源的情况下，又请求获取lock2资源。这样的情况下，如果lock2资源被t2线程持有并且不释放，就会导致请求线程等待，从而可能形成死锁。

public class Main4 {
    private static Object lock = new Object();
    private static Object lock2 = new Object();
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(()-> {
            synchronized (lock) {
                System.out.println("t1获得lock");
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                synchronized (lock2) {
                    System.out.println("t1获得lock2");
                }
            }
        });
        Thread t2 = new Thread(()->{
            synchronized (lock2) {
                System.out.println("t2获得lock2");
                while (true) {
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

可以观察到 t2不释放lock2 t1就不能拿到lock2

以上表现出请求保持是死锁的一个必要条件之一，指的是一个线程在持有至少一个资源的情况下，又请求获取其他资源，但这些资源已被其他线程持有并且不释放，从而导致请求线程等待，可能形成死锁。

循环等待

也就是哲学家进餐问题

public class Main5 {
    private static final Object resource1 = new Object();
    private static final Object resource2 = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        // 线程1持有资源1，请求资源2
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            synchronized (resource1) {
                System.out.println("线程1持有资源1");
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 为了确保线程2先持有资源2
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                synchronized (resource2) {
                    System.out.println("线程1持有资源2");
                }
            }
        });

        // 线程2持有资源2，请求资源1
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            synchronized (resource2) {
                System.out.println("线程2持有资源2");
                synchronized (resource1) {
                    System.out.println("线程2持有资源1");
                }
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
    }
}