手畫圖解,關於死鎖,面試的一切都在這裡了

飛天小牛肉發表於2022-12-14

什麼是死鎖(Deadlock)

死鎖是指兩個或兩個以上的執行緒在執行過程中,因爭奪資源而造成的一種互相等待的現象。若無外力作用,它們都將無法推進下去。

產生死鎖的四個必要條件得爛熟於心:

  • 互斥條件:程式要求對所分配的資源進行排他性控制,即在一段時間內某資源僅為一個程式所佔用。此時若有其他程式請求該資源,則請求程式只能等待。
  • 不剝奪條件:程式所獲得的資源在未使用完畢之前,不能被其他程式強行奪走,即只能由獲得該資源的程式自己來釋放。
  • 請求和保持條件:程式已經保持了至少一個資源,但又提出了新的資源請求,而該資源已被其他程式佔有,此時請求程式被阻塞,但對自己已獲得的資源保持不放。
  • 迴圈等待條件:存在一種程式資源的迴圈等待鏈,連中每一個程式已獲得的資源同時被鏈中下一個程式所請求。

相應的,如果想在程式執行之前預防發生死鎖(也成為 “死鎖預防”),必須設法破壞產生死鎖的四個必要條件之一

  • 破壞互斥條件:允許系統資源都能共享使用,則系統不會進行死鎖狀態。這種方案並不太可行,因為有些資源根本就不能同時訪問,比如印表機。
  • 破壞不剝奪條件:當一個已經保持了某些不可剝奪資源的程式,請求新的資源時得不到滿足,它必須釋放已經保持的所有資源,待以後需要時再重新申請。這種方法常用於狀態易於儲存和恢復的資源,如 CPU 的暫存器及記憶體資源,一般不能用於印表機之類的資源。
  • 破壞請求和保持條件:採用預先靜態分配方法,即程式在執行前一次申請完他所需要的全部資源,在他的資源未滿足前,不把它投入執行。一旦執行後,這些資源就一直歸它所有,也不再提出其他資源請求,這樣就可以保證系統不會發生死鎖。
  • 破壞迴圈等待條件:採用順序資源分配法。首先給系統中的資源編號,規定每個程式,必須按編號遞增的順序請求資源,同類資源一次申請完。也就是說,只要程式提出申請分配資源,則該程式在以後的資源申請中,只能申請編號比之前大的資源

光看羅列出來的幾點文字肯定還是不能完全理解,下面會結合例項來給大夥解釋。

用 Java 寫一個死鎖

這絕對是面試中 Java 手寫題的 TOP2!!!除了人盡皆知的手寫單例模式,手寫死鎖可能有些小夥伴會遺漏掉。

邏輯其實非常簡單,我們申請兩個資源,開兩個執行緒,每個執行緒持有其中的一個資源,並且互相請求對方的資源,就構成了死鎖。

MySQL 死鎖

MySQL 經典的死鎖案例

下面來看個 MySQL 經典的死鎖案例:轉賬

A 賬戶給 B 賬戶轉賬 50 元的同時,B 賬戶也給 A 賬戶轉賬 30 元

正常情況下,如果只有一個操作,A 給 B 轉賬 50 元,可以在一個事務內完成,先獲取 A 使用者的餘額和 B 使用者的餘額,因為之後需要修改這兩條資料,所以需要透過寫鎖(for UPDATE)鎖住他們,防止其他事務更改導致我們的更改丟失而引起髒資料

但如果 A 給 B 轉賬和 B 給 A 轉賬同時發生,那就是兩個事務,可能發生死鎖:

1)A 使用者給 B 使用者轉賬 50 元,需在程式中開啟事務 1 來執行 SQL,獲取 A 的餘額同時鎖住 A 這條資料。

2)B 使用者給 A 使用者轉賬 30 元,需在程式中開啟事務 2 來執行 SQL,並獲取 B 的餘額同時鎖住 B 這條資料。

3)在事務 1 中執行剩下的 SQL,此時事務 1 是獲取不到 B 的鎖的,也即 select for update 就會被阻塞住;

4)同理,事務 2 繼續執行剩下的 SQL,請求 A 的鎖,也是獲取不到的

事務 1 和事務 2 存在相互等待獲取鎖的過程,導致兩個事務都掛起阻塞,最終丟擲獲取鎖超時的異常。

如何解決 MySQL 死鎖

要想解決上述死鎖問題,我們可以從死鎖的四個必要條件入手。

指導思想其實很明確:就是保證 A 向 B 轉賬和 B 向 A 轉賬這兩個事務同一時刻只能有一個事務能成功獲取到鎖

由於互斥不剝奪是鎖本質的功能體現,無法修改,所以我們們從另外兩個條件嘗試去解決。

1)破壞 “請求和保持” 條件:A 和 B 之間的操作用同一個鎖鎖住(比如用 Redis 分散式鎖做,A 和 B 之間的鎖的 key 表示為 A:B,可以讓 id 小的使用者排在前面,id 大的使用者排在後面,這樣來設計 key。如果存在分庫分表的情況,用 hashcode 來做比較也行),保證 A 向 B 轉賬和 B 向 A 轉賬這兩個事務同一時刻只能有一個事務能成功獲取鎖

2)破壞 “迴圈等待” 條件:先獲取更小的鎖,獲取到了小的鎖才能獲取大鎖(所謂小鎖還是大鎖,也可以簡單的根據使用者的 id 來進行區分,先請求使用者 id 較小的,再請求使用者 id 較大的)。比如 A.id < B.id,那麼 A 和 B 之間的操作,都是要先獲取 A 鎖,再獲取 B 鎖

具體程式碼可參考如下:


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